专利名称：用于纸和纸板的涂布组合物的制备方法
技术领域：
本发明属于纸涂布材料的领域。本发明涉及用于纸和纸板的干法涂布组合物(dry coating composition)的制备方法，其中所述方法包括使至少一种颜料与至少一种粘合剂混合，再粉碎所得混合物。
背景技术：
常规的纸涂料作为含水涂料施用于纸基材(paper substrate)上。通过使具有合适性质的固体(例如无机颜料、粘合剂和添加剂)与水混合，制备这些涂料配方。由于将常规的涂布混合物(coating mix)作为水基浆料施用于纸幅(paper web) 表面上，因此必须除去由涂布混合物带到纸幅上的水，所以在涂布之后需要进行有效的干燥。纸幅速度越高，需要的干燥能力越高，干燥部(dryer section)也变得越长。同时，干燥是能量密集的工艺，干燥部的投资成本较高。含水涂料的上述问题可通过干法表面处理工艺避免，在该工艺中，在纸幅上施用干法涂布粉末。例如WO 2004/044323 (Metso Paper Inc.)公开了一种通过干法涂布粉末对纸幅进行涂布的方法。该方法包括向移动的纸幅的至少一侧施用涂布粉末的步骤。所述涂布粉末包含无机材料和聚合物粘合剂材料。干法表面处理技术仍在开发当中。特别是所使用的涂布材料有待提高。现有技术中已知许多不同种类的涂布组合物。US 2005/0006041 (Omya Ag)公开了共结构化 (co-structured)填料或共吸附填料的复合组合物以及该组合物在造纸过程中作为涂料的用途，所述组合物含有至少两种不同类型的无机颜料或有机颜料(mineral or organic pigments) 0这种组合物含有至少一种具有表面的颜料，所述表面带有至少一个亲水性部位；以及至少一种具有至少一个亲有机性部位的颜料。WO 01/00712 (Neste Chemicals 0y)公开了用于纸涂布(paper coating)、特别是用于高级纸的干颜料粒(granulate)。所述颜料粒包含95-99. 5wt %的有机聚合物颜料、0-94. 5wt%的无机颜料和0. 5-5wt%的粘合剂或粘合剂混合物，并且该颗粒的粒径为 4-400 μ m0WO 2006/050873 (Basf Ag)公开了纸涂布泥浆(paper coating slip)，所述泥浆含有至少一种无机颜料，特别是白色颜料；小于40重量份的有机聚合物(基于100重量份的所述无机颜料计)；以及小于25重量份的水或其它在Ibar下沸点低于150°C的溶剂(基于100重量份的所述无机颜料计)。该纸涂布泥浆应该具有尽可能低含量的水或溶剂，并且应该很好地附着于纸上。与通过干法表面处理工艺进行涂布有关的问题之一在于，这些已知的涂布粉末导致涂层具有高速印刷所无法接受的质量。通常将在印刷操作期间对于纸张表面的损坏称为拉毛(pick)。当从纸上提起印刷版(printing form)时，油墨对纸施加力，该力随着所述油墨粘度(viscosity)和粘着性(tack)的增加而增大，并且随着印刷速度的增加而增大。当这个力超过临界值(取决于纸)时，纸的表面发生损坏。拉毛发生时的最小印刷速度是对纸的抗拉毛性(pick resistance)的衡量。拉毛速度[m/s]是在国际标准ISO 3783中定义的条件下(IGT型测试仪)，被印刷的纸的表面开始拉毛时的速度。这种抗拉毛性的测定可用于描述纸的表面强度。通常，人们试图通过改变涂布组合物中使用的粘合材料，来解决抗拉毛性的问题。 ￠: Papermaking Science and Technology 系歹IjiA书中，Book 11 "Pigment Coating and Surface Sizing of Paper”在第210页公开了以下内容随着胶乳(latex)粒径的减小和胶乳羧基化的增加，干拉毛强度增加是众所周知的。因此，通常认为粘合剂粒径越小，涂布强度越好。然而，即使使用小粒径(即低于150nm)的粘合剂，已知的涂布组合物也不具有足够高的表面强度；并且因为出于经济方面的原因，通过增加粘合剂的剂量来提高表面强度并不合理，因此需要开发新的干法涂布粉末来提高表面强度。已知颜料粒径也会影响涂布组合物的性质。在常规的湿法涂布混合物(水基浆料)中，通常已知小的粒径是有利的，因而在涂布组合物中已经使用了“细(fine)”颜料，即粒径D9tl低于2 μ m的颗粒(D9tl直径是表示测试群的90%的阈值，即90%的颗粒小于D9tl值)。 对于“正常(normal)”粒径的涂布颜料，这个值为80% (D80 2 μ m)；对于“粗(coarse)”颜料而言，该值小于70% (D70 2 μπι)。因为纸的平滑度是必要的参数，并且因为本领域中普遍相信粗颗粒会降低表面强度，所以非常粗的颜料(具有高于IOym的粒径D9tl)已被认为不适用于涂布混合物。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于纸和纸板的干法涂布组合物的制备方法，以减少上述缺点。本发明的目的通过经粉碎的干法涂布组合物及其制备方法实现，该组合物及方法的特征如独立权利要求中所述。本发明优选的实施方式公开于从属权利要求中。本发明以下述认识为基础通过将较大的颜料颗粒包含到生产涂布粉末的混合物中，可提高最终的涂布质量(表面强度)。特别是认识到，所述颜料的粒径是涂层最终表面强度的决定性因素之一。与本技术领域的一般常识相反，意外地发现，比正常使用的粒径实质上更大的颜料粒径产生了更好的表面强度。使用比常规颜料具有更小的比表面积(SSA)的颜料颗粒改善了涂层的最终表面强度。比表面积(SSA)是固体的材料性质，其衡量的是每单位质量的总表面积。SSA被定义为表面积除以质量(单位为m2/kg)。不受任何理论的束缚，相信涂层的表面强度得到提高的原因至少部分在于在粉碎之前，粘合剂的量与颜料比表面积之间的比值较大，因而颜料颗粒较完全地被粘合剂覆盖。保持粘合剂的量不变而减小颜料的SSA使上述比值增大。另一方面，这可以降低粘合剂的量，转而降低成本，因为粘合剂通常是比颜料更昂贵的材料。在本发明优选的实施方式中，在与所述粘合剂混合之前，25%-100%的所述颜料颗粒具有低于3m2/kg的比表面积。在本发明的一个实施方式中，在与所述粘合剂混合之前，25%-100% 的所述颜料颗粒具有0. 5-1. OmVkg的比表面积。作为第一方面，本发明提供了用于纸和纸板的干法涂布组合物的制备方法，其中所述方法包括使至少一种颜料与至少一种粘合剂混合，再粉碎所得混合物。所述方法的特征在于，在与所述粘合剂混合之前，25 % -100 %的所述颜料具有10 μ m-50 μ m的粒径 D900优选地，在与所述粘合剂混合之前，25% -100%的所述颜料具有2(^111-4(^111、更优选30ym-40ym&SgD9(l。在本发明的实施方式中，粒径分布为在与所述粘合剂混合之前， 至少一种颜料具有10 μ m-20 μ m的粒径D5tl，意味着50%的颗粒小于10 μ m-20 μ m区间内相应的极限值，而50%大于10 μ m-20 μ m区间内相应的极限值。为了优化经涂布的纸或纸板的光学性能和印刷性能、特别是光泽度和不透明度以及表面强度，在与粘合剂混合之前，本发明的干法涂布组合物可含有颜料颗粒，其中，至多 75%的所述颜料颗粒的粒径D9tl低于2 μ m。如果所述干法涂布组合物含有两种具有不同粒径分布的颜料，那么混合物具有双峰粒径分布(bimodal particle size distribution)。 这种双峰粒径分布是本发明优选的实施方式。在用于纸和纸板的干法涂布组合物的制备方法中，颜料和粘合剂被混合在一起。 这可通过使约5-20重量份(ppw)的粘合剂与lOOppw的颜料混合，再粉碎所得混合物而完成。按每100份无机颗粒计，所述粘合剂的剂量通常为10-15份。所述混合可在有或没有额外的水的情况下进行。混合后，所得混合物通过便利的方式例如喷雾干燥或冷冻干燥进行干燥。然后用例如气流粉碎机(jet mill)研磨干燥的混合物，再以干粉形式回收涂布组合物。通常，将本发明将所述的干法涂布组合物粉碎到粒径D9tl为5μπι-15μπι。所得涂布粉末可用于在干法涂布法中对纸基材进行涂布。所述干法涂布组合物还可包含其他添加剂，例如光学澄清剂(optical clarifier)或防结块剂。在本发明中，所使用的颜料可以是通常用于纸涂布的任何无机颜料或颜料混合物，例如研磨碳酸钙(GCC)。其他可能的颜料包括天然碳酸钙，例如白垩、方解石、大理石或任何其他形式的碳酸钙；天然沉淀硅酸盐或合成沉淀硅酸盐；硫酸钙；二氧化钛；滑石； 云母；粘土 ；煅烧粘土 ；氧化锌；其他金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫酸盐和金属碳酸盐，例如缎光白、结晶氢氧化铝和无定形氢氧化铝。通过在涂布组合物中使用特定的聚合物粘合剂组合物，可进一步提高最终涂布质量，即表面强度。适用于本发明的粘合剂包括合成聚合物和天然聚合物、特别是热塑性聚合物，例如苯乙烯丁二烯共聚物或苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸共聚物。本发明的另一方面是通过本发明所述的方法，可获得用于纸和纸板的经粉碎的干法涂布组合物。所述经粉碎的干法涂布组合物包含至少一种颜料和至少一种粘合剂的混合物，并且优选该组合物处于粒径D9tl为5 μ m-15 μ m的粉末形式。优选在经粉碎的混合物中， 至少50%的所述颜料颗粒由粒径为20 μ m-50 μ m的颜料获得。本发明还提供了用于纸和纸板的经粉碎的干法涂布组合物所用的中间产物，其中所述中间产物包含至少一种颜料和至少一种粘合剂，所述颜料具有 ο μ m-50 μ m的粒径 D900在中间产物的一个实施方式中，按每100份的颜料计，粘合剂的量为5-20重量份、优选 10-15重量份。本发明的另一方面是粒径D9tl为10 μ m-50 μ m的颜料在用于纸和纸板的、经粉碎的干法涂布组合物的生产中以提高涂层表面强度的用途，所述涂层通过使用所述干法涂布组合物对纸或纸板进行干法涂布而制得。
实施例在所进行的实验中，10或15份的粘合剂与100份的纯颜料混合或者与水态的颜料掺和物(pigment blends in water state)混合。用于实施例中的颜料为研磨碳酸钙(GCC)。存在着具有不同粒径的两种不同的GCC。
权利要求
1.一种用于纸和纸板的干法涂布组合物的制备方法，其中，所述方法包括使至少一种颜料与至少一种粘合剂混合，再粉碎所得混合物；所述方法的特征在于，在与所述粘合剂混合之前，10% -100%的所述颜料具有彡IOym的粒径D9(1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在与所述粘合剂混合之前，15%-100%的所述颜料具有彡IOym的粒径D9Q。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在与所述粘合剂混合之前，25%-100%的所述颜料具有彡IOym的粒径D9Q。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在与所述粘合剂混合之前，10%-100%的所述颜料具有10 μ m-50 μ m的粒径D9tl。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在与所述粘合剂混合之前，10%-100%的所述颜料具有20 μ m-40 μ m的粒径D9tl。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在与所述粘合剂混合之前，10%-100%的所述颜料具有30 μ m-40 μ m的粒径D9tl。
7.如权利要求1-6中的任一项所述的方法，其特征在于，将所得混合物粉碎至粒径D9tl ^ 2 μ m-15 μ m。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的方法，其特征在于，按每100份的所述颜料计，所得混合物中所述粘合剂的量为5-20重量份、优选10-15重量份。
9.如权利要求1-8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述混合物中的至少一种颜料包含无机颗粒。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的无机颗粒选自于包括下列物质的组天然碳酸钙和合成碳酸钙，例如白垩、方解石、大理石及任何其他形式的碳酸钙；天然沉淀硅酸盐和合成沉淀硅酸盐；硫酸钙；二氧化钛；滑石 ’云母；粘土 ；煅烧粘土 ；氧化锌； 其他金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫酸盐和金属碳酸盐，例如缎光白、结晶氢氧化铝和无定形氢氧化铝。
11.如权利要求1-10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述的粘合剂为热塑性聚合物。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的热塑性聚合物通过烯属不饱和单体发生自由基乳液聚合获得。
13.如权利要求1-10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述的粘合剂为苯乙烯丁二烯共聚物或苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸共聚物。
14.如权利要求1-13中的任一项所述的方法，其特征在于，在与所述的粘合剂混合之前，至多85%的所述颜料具有彡2 μ m的粒径。
15.如权利要求1-14中的任一项所述的方法，其特征在于，在与所述的粘合剂混合之前，10% -100%的所述颜料颗粒具有低于3m2/kg的比表面积。
16.用于纸和纸板的经粉碎的干法涂布组合物，所述组合物通过如权利要求1-15中的任一项所述的方法获得。
17.如权利要求16所述的经粉碎的干法涂布组合物，其特征在于，粉末具有 2 μ m-15 μ m 的粒径 D900
18.用于纸和纸板的经粉碎的干法涂布组合物，所述组合物包含至少一种颜料与至少一种粘合剂的混合物，其特征在于，所述的干法涂布组合物具有2 μ m-15 μ m的粒径D9tl，并且在经粉碎的所述混合物中，至少10%的所述颜料颗粒由粒径D9tl为ΙΟμπι以上的颜料获得。
19.用于纸和纸板的经粉碎的干法涂布组合物所用的中间产物，其特征在于，所述的中间产物含有至少一种颜料和至少一种粘合剂，其中所述的颜料具有10μπ -50μπ 的粒径Dgoo
20.如权利要求19所述的中间产物，其特征在于，按每100份的所述颜料计，所述粘合剂的量为5-20重量份、优选10-15重量份。
21.如权利要求19或20所述的中间产物，其特征在于，所述的混合物中的至少一种颜料由无机颗粒组成，所述无机颗粒选自于包括下列物质的组天然碳酸钙和合成碳酸钙，例如白垩、方解石、大理石和任何其他形式的碳酸钙；天然沉淀硅酸盐和合成沉淀硅酸盐；硫酸钙；二氧化钛；滑石 ’云母；粘土 ；煅烧粘土 ；氧化锌；其他金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫酸盐和金属碳酸盐，例如缎光白、结晶氢氧化铝和无定形氢氧化铝。
22.粒径D9tl为10μ m-50 μ m的颜料在用于纸和纸板的、经粉碎的干法涂布组合物的生产中以提高涂层表面强度的用途，所述涂层通过使用所述干法涂布组合物对纸或纸板进行干法涂布而制得。
全文摘要
本发明涉及用于纸和纸板的干法涂布组合物的制备方法，其中，所述方法包括使至少一种颜料与至少一种粘合剂混合，再粉碎所得混合物；其中，在与所述粘合剂混合之前，25％-100％的所述颜料具有10μm-50μm的粒径D90。本发明还涉及具有10μm-50μm的粒径D90的颜料在用于纸和纸板的、经粉碎的干法涂布组合物的生产中以提高涂层表面强度的用途，所述涂层通过使用所述干法涂布组合物对纸或纸板进行干法涂布而制得。
文档编号C09C3/04GK102224293SQ200980147075
公开日2011年10月19日 申请日期2009年11月23日 优先权日2008年11月24日
发明者埃斯科·阿尼, 维萨·努蒂南, 马里·奥亚南 申请人:凯米拉公司