水性组合物以及由其提供的不透明涂层的制作方法

发明领域本发明涉及喷墨印刷领域。更特别地，其涉及可作为预处理剂施加于基材，以形成具有不透明的(“白色”)涂层或图案的喷墨接受介质的水性组合物。该喷墨接受介质具有增强的喷墨印刷和成像性质，并且可使用水性基于颜料的喷墨油墨或水性无色喷墨油墨来印刷。

背景技术：

0、发明背景

1、众所周知，将水性油墨，特别是具有阴离子稳定的分散颜料着色剂的那些沉积到在其表面上具有多价金属盐的阳离子的基材上。此类多价金属阳离子的存在可用来防止沉积的油墨滴渗透到吸水性基材的表面之下太远，从而防止降低光密度。多价金属阳离子还可用来防止相邻沉积的相同或不同颜色的油墨滴在吸收性较差的基材(例如疏水基材)上渗出或聚结，从而防止形成模糊或颗粒状外观的图像。包含多价金属离子的水性盐的表面处理剂对于使用页宽喷墨阵列的高速印刷特别有利，由此相邻的油墨滴在仅几微秒内彼此沉积到基材上。

2、美国专利9,067,448(dannhauser等人)和9,434,201(dannhauser等人)描述了适用于高速喷墨印刷的喷墨接受介质，所述介质包括具有涂覆于其上的最顶层的基材，该最顶层包含多价金属阳离子的水溶性盐和交联的亲水聚合物粘合剂。各种类型的各种无机颗粒也可存在于该最顶层中。

3、美国专利8,562,126(xiang等人)描述了喷墨接受介质，其包含基材和涂覆于其上的最顶层，其中该最顶层包括一种或更多种多价金属阳离子的水溶性盐、包含脒部分的阳离子聚电解质、和与包含脒部分的阳离子聚电解质不同的第二聚合物。

4、可使用美国专利9,427,975(bugner等人)的教导来提供喷墨印刷图像耐久性方面的改善，在所述专利中，将喷墨接受介质上的喷墨印刷图像在印刷之后立即干燥，施以纯水和热量，并且然后返回到环境条件。

5、使用阴离子稳定的水性基于颜料的油墨的用于高速喷墨印刷的本领域中已知的喷墨接受介质有时候不透明度低或者甚至是透明的，并且在许多情况下，这些介质上的喷墨接受层(例如上文描述的专利中描述的那些)也是视觉上清晰且透明或半透明的。然而，在清澈的膜基材或深色的基材上喷墨印刷时，通常合意的是，在随后的各种颜色的喷墨印刷图像下方包括“白色”不透明的层或图案。

6、可能通过以下方式(实现)该目标：喷墨印刷白色油墨层(例如美国专利9,994,723(bauer等人)中描述的那种)，然后施加已知的油墨接受层配制物。虽然这种方法可在喷墨接受介质中提供一定不透明度，但是其增加了需要分离油墨接受层下方的“白色”油墨层的复杂性，这需要分开的油墨沉积或涂覆步骤。然后基材上的多层形成要求小心最优化用于施加多个层的多步骤操作，以确保良好的粘附并避免层配制物之间不利的相互作用。此外，白色喷墨油墨的施加可能不会为所得喷墨接受介质提供所需的不透明度。

7、为了避免这些问题，已努力在喷墨印刷之前使用“白色”着色的组合物的柔版印刷或凹版印刷来提供白色不透明层。然而，使用阴离子稳定的水性基于颜料的油墨直接喷墨印刷到已通过这些方式施加的预印刷的白色层上的尝试导致了高度可变的且不可接受的图像质量。

8、本领域中已提议了某些类型的白色油墨接受层，其形成为微孔层或含有阳离子固定剂。然而，这些白色油墨接受层相对厚，并且不适用于商业规模的高速喷墨印刷，在欲使用阴离子稳定的水性基于颜料的油墨时尤其如此。

9、因此，需要提供白色背景(呈均匀的层或图案)作为相对薄且具有高不透明度的油墨接受层，并且合意的是，使用柔版或凹版涂覆或喷墨印刷技术以高速提供此类油墨接受层。尤其，需要提供此类白色背景，在其上可在商业操作中高速喷墨印刷阴离子稳定的水性基于颜料的油墨，以提供高质量的单色或多色图像，在白色背景与底下的基材之间、在白色背景与随后的喷墨印刷图像之间、以及在非喷墨印刷的白色背景与任何在印刷操作下游可施加在其上方的随后的层或涂层之间都具有优异的粘附。

技术实现思路

0、发明概述

1、为解决上文描述的问题，本发明提供了用于在基材上喷墨印刷之前预处理该基材的水性组合物，该水性组合物具有至少2％固体且至多并包括90％固体，并且该水性组合物包含：

2、(a)一种或更多种多价金属阳离子的水溶性盐，所述(a)一种或更多种水溶性盐的存在量为至少0.6重量％且至多并包括30重量％；

3、(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料，其存在量为至少0.1重量％且至多并包括30重量％；和

4、(c)散射可见光的颗粒，其已被表面处理，以致所述水性组合物具有大于+4毫伏的稳定ζ-电位，并且所述(c)经表面处理的散射可见光的颗粒的存在量为至少5重量％且至多并包括60重量％，

5、其中(a)、(b)和(c)组分的量基于水性组合物的总重量计。

6、一些特别有用的本发明实施方案包括用于在基材上喷墨印刷之前预处理该基材的水性组合物，该水性组合物具有至少5％固体且至多并包括70％固体，以及如使用布氏转轴粘度计在25℃下所测量的，具有至少30厘泊(30mpa.s)且至多并包括800厘泊(800mpa.s)的动态粘度，并且

7、该水性组合物包含：

8、(a)一种或更多种镁(+2)、钙(+2)、钡(+2)或其混合物的水溶性盐，基于水性组合物的总重量计，所述(a)一种或更多种水溶性盐的存在量为至少1重量％且至多并包括25重量％；

9、(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料，其至少包含聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚乙烯亚胺、至少衍生自乙烯胺和乙烯醇的共聚物、或这些聚合物材料中的两种或更多种的组合，基于水性组合物的总重量计，所述(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料的存在量为至少0.1重量％且至多并包括8重量％；

10、(c)包含散射可见光的二氧化钛颗粒的散射可见光的颗粒，其已被表面处理，以致水性组合物具有大于+10毫伏的稳定ζ-电位，其中如使用提供体积加权粒度分布的粒度分析仪所测量的，经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒展现至少0.04μm且至多并包括2μm的d50，并且基于水性组合物的总重量计，(c)经表面处理的散射可见光的颗粒的存在量为至少10重量％且至多并包括40重量％；

11、(d)与(c)组分不同的颗粒，所述(d)颗粒具有小于或等于r75的洛氏硬度，并且基于水性组合物的总重量计，其存在量为至少0.05重量％且至多并包括3重量％；

12、(e)可交联聚合物材料，其与所有的(a)、(b)、(c)和(d)不同，并且基于水性组合物的总重量计，所述(e)可交联聚合物材料的存在量为至少0.2重量％且至多并包括8重量％；以及

13、(f)用于(c)经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒的分散助剂，所述(f)分散助剂是具有质子化的氮原子的聚合物，并且基于(c)经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒的总重量计，其存在量为至少0.2重量％且至多并包括50重量％。

14、此外，喷墨接受介质包含基材和设置在其表面上的面漆(topcoat)组合物，所述面漆组合物包含：

15、(a)一种或更多种多价金属阳离子的水溶性盐，所述(a)一种或更多种水溶性盐的存在量为至少0.4重量％且至多并包括40重量％；

16、(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料，其存在量为至少0.5重量％且至多并包括90重量％；和

17、(c)散射可见光的颗粒，其已被表面处理，其存在量为至少6重量％且至多并包括90重量％，

18、其中(a)、(b)和(c)组分的量基于面漆组合物的总重量计。

19、在喷墨接受介质的一些本发明实施方案中，基材包含透明或半透明的聚合物膜，且面漆组合物具有至少0.2g/m2且至多并包括2g/m2的干固体涂层重量，并且面漆组合物包含以下(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)组分：

20、(a)一种或更多种镁(+2)、钙(+2)、钡(+2)或其混合物的水溶性盐，基于面漆组合物的总重量计，所述(a)一种或更多种水溶性盐的存在量为至少0.4重量％且至多并包括40重量％；

21、(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料，其至少包含聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚乙烯亚胺、至少部分衍生自乙烯胺和乙烯醇的共聚物、或这些聚合物材料中的两种或更多种的组合，基于面漆组合物的总重量计，所述(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料的存在量为至少2重量％且至多并包括90重量％；

22、(c)经表面处理的散射可见光的颗粒，其包含经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒，基于面漆组合物的总重量计，其存在量为至少6重量％且至多并包括90重量％，如使用提供体积加权粒度分布的粒度分析仪所测量的，所述经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒展现至少0.04μm且至多并包括2μm的d50(中值)粒度；

23、(d)与(c)组分不同的颗粒，所述(d)颗粒具有小于或等于r75的洛氏硬度，并且基于面漆组合物的总重量计，所述(d)颗粒的存在量为至少0.06重量％且至多并包括10重量％；

24、(e)可交联聚合物材料，其与所有的(a)、(b)、(c)和(d)组分不同，并且基于面漆组合物的总重量计，所述(e)可交联聚合物材料的存在量为至少0.1重量％且至多并包括20重量％；和

25、(f)用于(c)经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒的分散助剂，所述(f)分散助剂是具有质子化的氮原子的聚合物，并且基于(c)经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒的总重量计，其在面漆组合物中的存在量为至少0.2重量％且至多并包括50重量％。

26、另外，用于提供根据本发明的喷墨接受介质的方法按序包括：

27、a)提供基材；和

28、b)将水性组合物设置到基材的至少一个表面上，以在至少一个基材表面上提供面漆组合物，其中水性组合物具有至少2％固体且至多并包括90％固体，并且包含以下(a)、(b)和(c)组分：

29、(a)一种或更多种多价金属阳离子的水溶性盐，所述(a)一种或更多种水溶性盐的存在量为至少0.5重量％且至多并包括30重量％；

30、(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料，其存在量为至少0.1重量％且至多并包括30重量％；和

31、(c)散射可见光的颗粒，其已被表面处理，以致水性组合物具有大于+4毫伏的稳定ζ-电位，并且所述(c)经表面处理的散射可见光的颗粒的存在量为至少5重量％且至多并包括60重量％，

32、其中(a)、(b)和(c)组分的量基于水性组合物的总重量计，

33、以提供在至少一个基材表面上具有面漆组合物的喷墨接受介质，面漆组合物具有至少0.1g/m2且至多并包括10g/m2的干固体涂层重量。

34、在本发明方法的一些实施方案中，基材包含透明或半透明聚合物膜，并且该方法包括设置水性组合物，以致所得面漆组合物具有至少0.1g/m2且至多并包括2g/m2的干固体涂层重量，并且水性组合物具有至少5％固体且至多并包括70％固体，以及如使用布氏转轴粘度计在25℃下所测量的，至少30厘泊(30mpa.s)且至多并包括800厘泊(800mpa.s)的动态粘度，并且包含以下(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)组分：

35、(a)一种或更多种镁(+2)、钙(+2)、钡(+2)或其混合物的水溶性盐，基于水性组合物的总重量计，所述(a)一种或更多种水溶性盐的存在量为至少1重量％且至多并包括25重量％；

36、(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料，其至少包括聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚乙烯亚胺、至少部分衍生自乙烯胺和乙烯醇的共聚物、或这些聚合物材料中的两种或更多种的组合，基于水性组合物的总重量计，所述(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料的存在量为至少1重量％且至多并包括8重量％；

37、(c)包含散射可见光的二氧化钛颗粒的散射可见光的颗粒，其已被表面处理，并如使用提供体积加权粒度分布的粒度分析仪所测量的，其展现至少0.04μm且至多并包括2μm的d50(中值)粒度，并且基于水性组合物的总重量计，所述(c)经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒的存在量为至少10重量％且至多并包括40重量％；

38、(d)与所有的(c)组分不同的颗粒，所述(d)颗粒具有小于或等于r75的洛氏硬度，并且基于水性组合物的总重量计，其存在量为至少0.05重量％且至多并包括3重量％；

39、(e)可交联聚合物材料，其与所有的(a)、(b)、(c)和(d)组分不同，并且基于水性组合物的总重量计，所述(e)可交联聚合物材料的存在量为至少0.2重量％且至多并包括8重量％；和

40、(f)用于(c)经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒的分散助剂，所述(f)分散助剂是具有质子化的氮原子的聚合物，并且基于(c)经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒的总重量计，其存在量为至少0.2重量％且至多并包括50重量％。

41、此外，用于根据本发明的喷墨印刷方法按序包括：

42、a)提供喷墨接受介质，其包含基材和设置于其表面上的面漆组合物，所述面漆组合物包含以下(a)、(b)和(c)组分：

43、(a)一种或更多种多价金属阳离子的水溶性盐，所述(a)一种或更多种水溶性盐的存在量为至少0.4重量％且至多并包括40重量％；

44、(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料，其存在量为至少0.5重量％且至多并包括90重量％；和

45、(c)散射可见光的颗粒，其已被表面处理，并且其存在量为至少6重量％且至多并包括90重量％，

46、其中(a)、(b)和(c)组分的量基于面漆组合物的总重量计；以及

47、b)将一种或更多种水性基于颜料的油墨喷墨印刷到面漆组合物上，以提供基于颜料的图像或层。

48、在本发明的喷墨印刷方法的一些实施方案中，基材包含透明或半透明聚合物膜，且面漆组合物具有至少0.2g/m2且至多并包括2g/m2的干固体涂层重量，并且面漆组合物包含以下(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)组分：

49、(a)一种或更多种镁(+2)、钙(+2)、钡(+2)或其混合物的水溶性盐，基于面漆组合物的总重量计，所述(a)一种或更多种水溶性盐的存在量为至少0.4重量％且至多并包括40重量％；

50、(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料，其至少包含聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚乙烯亚胺、至少部分衍生自乙烯胺和乙烯醇的共聚物、或这些聚合物材料中的两种或更多种的组合，基于面漆组合物的总重量计，所述(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料的存在量为至少2重量％且至多并包括90重量％；

51、(c)包含散射可见光的二氧化钛颗粒的散射可见光的颗粒，其已被表面处理，并且如使用提供体积加权粒度分布的粒度分析仪所测量的，其展现至少0.04μm且至多并包括2μm的d50(中值)粒度，并且基于面漆组合物的总重量计，所述(c)经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒的存在量为至少6重量％且至多并包括90重量％；

52、(d)与所有的(c)组分不同的颗粒，所述(d)颗粒具有小于或等于r75的洛氏硬度，并且基于面漆组合物的总重量计，其存在量为至少0.06重量％且至多并包括10重量％；

53、(e)可交联聚合物材料，其与所有的(a)、(b)、(c)和(d)组分不同，并且基于面漆组合物的总重量计，所述(e)可交联聚合物材料的存在量为至少0.1重量％且至多并包括20重量％；和

54、(f)用于(c)经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒的分散助剂，所述(f)分散助剂是具有质子化的氮原子的聚合物，并且基于(c)经表面处理的散射可见光的二氧化钛颗粒的总重量计，其在面漆组合物中的存在量为至少0.2重量％且至多并包括50重量％。

55、此外，用于提供喷墨印刷制品的本发明的方法按序包括：

56、a’)提供具有表面的基材，

57、a”)通过将水性组合物设置到基材的表面上以形成面漆组合物来提供喷墨接受介质，所述水性组合物具有至少2％固体且至多并包括90％固体，且水性组合物包含以下(a)、(b)或(c)组分：

58、(a)一种或更多种多价金属阳离子的水溶性盐，所述(a)一种或更多种水溶性盐的存在量为至少0.5重量％且至多并包括30重量％；

59、(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料，其存在量为至少0.1重量％且至多并包括30重量％；和

60、(c)散射可见光的颗粒，其已被表面处理，以致水性组合物具有大于+4毫伏的稳定ζ-电位，并且所述(c)经表面处理的散射可见光的颗粒的存在量为至少5重量％且至多并包括60重量％，

61、其中(a)、(b)和(c)组分的量基于水性组合物的总重量计；和

62、b)将一种或更多种水性基于颜料的油墨喷墨印刷到面漆组合物上，以提供基于颜料的图像或层。

63、根据本发明提供的另外的发明喷墨印刷制品包含：

64、包含表面的基材；

65、设置在基材表面上的面漆组合物，面漆组合物包含以下(a)、(b)和(c)组分：

66、(a)一种或更多种多价金属阳离子的水溶性盐，所述(a)一种或更多种水溶性盐的存在量为至少0.4重量％且至多并包括40重量％；

67、(b)一种或更多种非离子或阳离子型水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料，其存在量为至少0.5重量％且至多并包括90重量％；和

68、(c)散射可见光的颗粒，其已被表面处理，并且其存在量为至少6重量％且至多并包括90重量％，

69、其中(a)、(b)和(c)组分的量基于面漆组合物的总重量计；以及

70、设置在面漆组合物之上的基于颜料的喷墨印刷的层或图像。

71、本发明提供用于在各种基材上提供相对薄的白色(不透明)背景的方法，可按高印刷速度在所述背景上提供高质量喷墨印刷的层或图像。这些喷墨印刷的层或图像展现与白色背景层优异的粘附，以及白色背景与基材的优异粘附。还存在着白色背景面漆组合物的非喷墨印刷的区域与任何随后施加的涂层(例如保护性罩光清漆涂层)或层压粘合剂的优异粘附。

72、可通过以下方式来实现这些优点：使用喷墨印刷在线形成薄的白色或不透明层或图案，或者可按单独的预处理操作来形成它们。此外，特别在高速商业印刷操作期间使用阴离子稳定的水性基于颜料的油墨和使用多站装置获得喷墨印刷图像时观察到本发明的优点。

73、更具体地，使用发明水性组合物来预处理基材或向基材提供面漆层，以赋予其不透明的“白色”涂层或图像(图案)，然后进行喷墨印刷来实现本文中描述的优点。此类水性组合物具有本文中描述的独特特征，即，(a)一种或更多种多价金属阳离子的水溶性盐、(b)合适的水溶性或水分散性聚合物粘合剂材料和(c)经表面处理的散射可见光的颗粒。使用本发明提供的所得喷墨接受介质可展现如通过tappi 425op-16测试所测定的至少30％的不透明度、以及由至少-5且至并包括+5的a*值和至少-5且至并包括+5的b*值所限定的比色度。