CN100351467C - 纸张涂布颜料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纸和其他基材的涂布组合物,特别是机械木浆纸,例如轻量涂布(LWC)纸,所述涂布组合物含有微粒状颜料和粘合剂的水悬浮液,其中所述微粒状颜料含有:(a)第一组分和第二组分,所述第一组分为沉淀碳酸钙,所述沉淀碳酸钙主要由文石型或菱面体型颗粒组成,或者主要由文石∶菱面体重量比为约40∶60~约60∶40(例如约50∶50)的文石型和菱面体型颗粒组成,所述第二组分为经处理的水合微粒状高岭土,所述高岭土具有大于等于约25的形状系数且大于等于约20的陡度;或(b)第一组分和第二组分,所述第一组分为细微粒状碳酸钙,所述碳酸钙主要由大体呈球形的颗粒组成,所述第二组分是经处理的微粒状水合高岭土,所述高岭土具有大于等于约45的形状系数且平均等同颗粒直径(d50)小于约0.5μm;或(c)第一组分和第二组分,所述碳酸钙主要由文石型和菱面体型颗粒组成,其中文石∶菱面体重量比为约40∶60~约60∶40(例如约50∶50),所述第二组分为经处理的微粒状水合高岭土,其形状系数为小于约25。
Description
相关申请
本PCT申请根据35U.S.C.§119(e)要求以美国临时申请No.60/377,270为优先权,其申请日为2002年5月3日,名称为“纸张涂布颜料”,其所公开的全部内容在此以参考的方式引入。
技术领域
本发明涉及纸张涂布颜料。更具体的说,本发明涉及包含经过加工(“设计”)的微粒状高岭土和微粒状碳酸钙的纸张涂布组合物、该组合物的制备方法、该组合物在纸张涂布中的应用以及用该组合物制备的涂布纸。在本说明书中,“纸”的概念包括纸、熟纸、卡片纸、纸板等。
背景技术
涂布纸广泛应用于包括包装、铜版纸、小册子、杂志、目录和活页纸等产品。该涂布纸需要具有多种性质,其中包括亮度、不透光度、纸张光泽度和印刷性能。
纸涂布组合物通常通过将微粒状颜料材料与粘合剂及其他任选组分一起混合形成流动的水悬浮液来制备。轻量涂布(LWC)纸通常在每个表面上以约5g/m2~13g/m2的涂布重量来涂覆,并且涂布纸的总克重,或单位面积的重量,通常在约49g/m2~约65g/m2的范围内。涂覆过程可以通过使用具有短停留时间涂布头的涂布机很方便的完成,所述涂布机为这样一种设备,其中在略微升高的压力下,将涂布组合物的截留池与运动的纸幅接触0.0004秒~0.01秒,随后用拖刀将过量的涂布组合物除去。然而其他类型的涂布设备也可以用来制造轻量涂布纸。轻量涂布纸通常用于印刷杂志、目录和广告或者宣传材料。涂布纸需要满足表面光泽度和平滑度的特定标准。例如,该纸张通常需要具有至少约32个,并一直到约70个TAPPI(美国制浆造纸工业技术协会)单位的光泽度值,并且Parker Print Surf(印刷表面粗糙度仪)值要在约0.5μm~约1.6μm的范围内。
超轻量涂布(ULWC)纸(也称为轻轻量涂布(LLWC)纸)主要用于通过邮件方式寄送的目录、广告和宣传材料,以节省邮寄费用。每个面的涂布质量通常在5g/m2到7g/m2之间。克重通常在约35g/m2~约48g/m2之间。
用于制备涂布组合物的一种非常重要的白色无机颜料为经加工的微粒状高岭土,所述组合物用于制备轻量纸和超轻量纸。在英格兰的德文郡和康沃尔郡,美国的乔治亚州以及南卡罗来州都有大储量的高岭土存在。重要储量的高岭土还出现于巴西,澳大利亚以及多个其他国家。高岭土主要由矿物高岭石以及较小比例的各种杂质组成。高岭石以六边形薄片形状的水合铝硅酸盐晶体的形式存在,但这些薄片趋向于彼此面对面地粘结在一起而形成叠层。单个薄片具有小于等于1μm平均直径,但是叠层形式的高岭石具有可达10μm或更大的等同球体直径(esd)。一般来说,具有2μm或更大等同球体直径的高岭土颗粒都是以高岭石薄片叠层的形式存在,而不是以单个薄片的形式存在。
WO-A-99/51815中描述了一种含有经处理的微粒状高岭土的纸张涂布颜料,所述高岭土的颗粒(i)粒径分布为:至少80重量%的颗粒的等同球体直径小于2μm,并且不少于8重量%的颗粒的等同球体直径小于0.25μm;(ii)形状系数至少为45,其中所披露的内容在此以参考的方式引入。
已知在纸张涂布颜料中,可以用微粒状的碳酸钙部分替代经处理的高岭土。
微粒状碳酸钙可以由自然资源或者通过人工合成而得到。人造碳酸钙通常通过水溶液沉淀来得到。沉淀碳酸钙(PCC)通常以三种不同的主要晶形而获得:热力学不稳定的六方碳钙石晶形;方解石晶形,所述晶形最稳定并且在自然界中含量最丰富;文石晶形,所述晶形在正常环境温度和压力条件下是亚稳定的,但当温度升高时会转化为方解石。
所述文石晶形通常会结晶成为长而细的针(针形),其长度∶直径比通常为约10∶1,但方解石晶形则以多种不同的形态存在,其中最常见的是:菱面体型,在其中晶体的长度和直径近似相等,并且晶体可以聚集也可以不聚集;斜三角面体型,在其中晶体类似于具有两个顶点的双棱锥,其长度∶直径比通常大约为4∶1,而且通常会发生聚集。所有的这些形态的碳酸钙都可以通过适当改变生产条件来对石灰水溶液进行碳酸化得到。
通过本领域所熟知的方法将碳酸钙碾碎以制备微粒状研磨碳酸钙(GCC)。GCC颗粒通常为球形。
将高岭土与文石形态的沉淀碳酸钙的混合物应用于纸涂层在本领域中是已知的。在20世纪60年代的早期,Hagemeyer针对不同的颜料混合物进行了研究,其中包括高岭土/文石混合物(TAPPI,1960年3月,第43卷,第3期,第277~288页;和TAPPI,1964年2月,第47卷,第2期,第75~77页)。Crawshaw等在1982TAPPI Coating Conference Proceedings(1982年TAPPI涂料会议论文集)143~164(1982)中描述了沉淀碳酸钙的形状对于高岭土-沉淀碳酸钙纸涂布混合物的某些性质的影响。美国专利No.5833747(Bleakley等)同样描述了不同的高岭土/文石混合物,其中所述文石用特殊的方法来制备,在所述方法中将含有沉淀碳酸钙的悬浮液至少进行部分脱水,并使用研磨介质通过高剪切研磨将其粉碎。WO-A-00/66509和WO-A00/66510(Lyons等)描述了不同的高岭土/沉淀碳酸钙的混合物,在其中使用了“块状的”高岭土,所谓“块状的”是指形状系数小于20。所有这些参考文献所披露的内容在此以参考的方式引入。
发明内容
已经发现当用纸涂布组合物对纸进行涂覆之后,纸的性能将会得到改善,所述纸涂布组合物包括颜料,所述颜料含有选定的微粒状的经处理的水合高岭土和选定的微粒状碳酸钙。特别是,当与涂层颜料中只含有所述混合物中的单个组分的纸张相比较时,已经发现所述纸张对光泽度、不透光度、亮度和光滑度,或所述参数中的至少几个,具有协同的改善作用。
依照本发明的第一方面,提供了一种用于在纸和其他基材上形成光泽涂层的涂料组合物,所述组合物含有微粒状颜料与粘合剂的水悬浮液,其中所述微粒状颜料含有:
(a)第一组分和第二组分,所述第一组分为沉淀碳酸钙,所述沉淀碳酸钙主要由文石型或菱面体型颗粒组成,或者主要由文石∶菱面体重量比为约40∶60~约60∶40(例如约50∶50)的文石型和菱面体型颗粒组成,所述第二组分为经处理的水合微粒状高岭土,所述高岭土具有大于等于约25的形状系数且大于等于约20的陡度;或
(b)第一组分和第二组分,所述第一组分为细微粒状碳酸钙,其中主要含有大体呈球形的颗粒,所述第二组分是经处理的微粒状水合高岭土,所述高岭土具有大于等于约45的形状系数且平均等同颗粒直径(d50)小于约0.5μm;或
(c)第一组分和第二组分,所述第一组分为沉淀碳酸钙,其中主要含有文石型和菱面体型颗粒,其中文石∶菱面体重量比为约40∶60~约60∶40(例如约50∶50),所述第二组分为经处理的微粒状水合高岭土,其形状系数为小于约25。
所述涂布组合物可以任选地包括其他组分,在下面将会进行详细的讨论。
在微粒状颜料中,所述第一组分和第二组分适宜以至少为10∶90的第一组分∶第二组分的重量比而存在,优选高于约40∶60,例如约50∶50。优选第一组分∶第二组分的重量比不超过80∶20,更典型不要超过75∶25或60∶40。
本发明还涉及:制备本发明的所述涂布组合物的方法;用来制备所述涂布组合物的颜料混合物;制备涂覆有所述涂布组合物的纸的方法;用所述涂布组合物涂覆的纸。
在一个优选的实施方式中,本发明的涂布纸是涂布机械木浆纸(或者木质纸),特别是轻量涂布纸。
具体实施方式
颗粒状颜料——第一组分(碳酸钙)
本发明中所使用的碳酸钙组分可以很容易地通过商购得到,或可以通过本领域所熟知的方法制备。
商购材料的实例包括:
碳酸盐A:其中主要含有文石晶体形态。典型的颗粒尺寸分布如下:96.1重量%小于2μm;22.4重量%小于0.25μm。GE亮度为94~98,且d50为0.3~0.5μm。该材料为OptiCalGlossTM,可以从申请人处得到。
碳酸盐B:其中主要含有菱面体晶体形态。典型的颗粒尺寸分布如下:98.5重量%小于2μm;6.9重量%的颗粒小于0.25μm。GE亮度为95~98,且d50为0.5~0.7μm。该材料为OptiCalPrintTM,可以从申请人处得到。
碳酸盐C:这是一种超细研磨碳酸钙,其中主要含有大体呈球形的颗粒。典型的颗粒尺寸分布如下:93重量%的颗粒小于2μm。GE亮度为96.9。该材料为Carbital 95TM,可以从申请人处得到。
碳酸盐D:其中主要含有文石晶体形态。典型的颗粒尺寸分布如下:99重量%小于2μm;96重量%小于1μm;75重量%小于0.5μm;32重量%小于0.25μm。ISO粉末亮度为94.3。
碳酸盐E:其中主要含有菱面体晶体形态。典型的颗粒尺寸分布如下:98重量%小于2μm;90重量%小于1μm;39重量%小于0.5μm;6重量%小于0.25μm。ISO粉末亮度为95.5。该材料为Albaglos STM,可从SMI得到。
碳酸盐F:其中主要含有文石晶体形态。典型的颗粒尺寸分布如下:91重量%小于2μm;72重量%小于1μm;58重量%小于0.5μm;26重量%小于0.25μm。ISO粉末亮度为94.3。
碳酸盐G:这是轻度研磨(65kWh/t)的碳酸盐F。其中主要含有文石晶体形态。典型的颗粒尺寸分布如下:96重量%小于2μm;86重量%小于1μm;69重量%小于0.5μm;30重量%的颗粒小于0.25μm。ISO粉末亮度为92.5。
碳酸盐H:这是充分研磨(180~200kWh/t)的碳酸盐F。
碳酸盐I:其中主要含有菱面体晶体形态。典型的颗粒尺寸分布如下:98重量%小于2μm;89重量%小于1μm;55%小于0.5μm;18重量%小于0.25μm。ISO粉末亮度为95.9。该材料是Faxe Rhombo(0.5μm)TM,可以从Faxe得到。
碳酸盐J:典型的颗粒尺寸分布如下:99重量%小于2μm;96重量%小于1μm;75重量%小于0.5μm;26重量%小于0.25μm。ISO粉亮度为93.8。其可以通过将碳酸盐F砂磨来制备。
碳酸盐K:这是一种细研磨碳酸钙,其中主要含有大体呈球形的颗粒。典型的颗粒尺寸分布如下:90重量%的颗粒小于2μm且65重量%的颗粒小于1μm。亮度为97(GE)或95(ISO)且d50为0.7μm。该材料为Carbital90TM,可以从申请人处得到。
碳酸盐L:这是一种细研磨碳酸钙,其中主要含有大体呈球形的颗粒。典型的尺寸分布如下:97~99重量%的颗粒小于2μm;87~90重量%的颗粒小于1μm。亮度为96(GE)或94(ISO)且d50为0.4μm。该材料是CarbiluxTM,可以从申请人处得到。
碳酸盐M:这是经研磨的文石型沉淀碳酸钙,其中主要含有文石晶体形态。典型的颗粒尺寸分布如下:98重量%小于2μm;94重量%小于1μm;75重量%小于0.5μm;30重量%小于0.25μm。ISO粉末亮度为93.7。
制备沉淀碳酸钙(PCC)的方法通常包括用(i)石灰和二氧化碳、(ii)石灰和苏打、(iii)索尔韦(Solvay)法沉淀制备。用于制备文石或菱面体PCC的首选方法是第一种方法,并且包括将含有石灰的水性介质碳酸化以得到PCC的水性悬浮液的步骤。在沉淀过程中,为了得到主要为优选晶体所需的操作条件是本领域技术人员所熟知的。
例如,主要可以通过如下方法使文石晶形沉淀下来:含有石灰的水性介质通过将生石灰与水在不超过60℃的情况下进行混合制备,以在水温升高不超过80℃的条件下得到每升含有0.5~3.0摩尔氢氧化钙的水性悬浮液,然后将所得到的熟石灰悬浮液冷却到30℃~50℃,随后将含有二氧化碳的气体通过冷却后的悬浮液进行碳酸化反应,通气速度为每摩尔氢氧化钙每分钟不超过0.02摩尔二氧化碳,以沉淀悬浮液中的碳酸钙,同时将其温度维持在30℃~50℃之间,直到pH值下降到7.0~7.5的范围内。
以水性悬浮液形式存在的沉淀产物优选具有不超过500mPa·s的粘度值(通过布氏粘度计使锭子的转速为100rpm进行测量),并优选为可用泵抽取的、可流动的浆液。
可以对最初形成的含有沉淀产物的水性悬浮液进行处理,以便将水性基底介质与沉淀产物固体部分或全部分开,例如使用传统的诸如过滤、沉淀、离心或蒸发等分离方法。使用压滤机进行过滤是优选的。在例如造纸厂里,可以对分离后的水性介质(例如,水)进行循环再利用(例如,用来稀释造纸原料或者作为洗涤机器的洗涤液),选择性地,可以使用一种或多种本身已知的化学、生化或机械方法对分离后的水性介质进行进一步纯化或净化。通过进行取样测试对所分离的固体进行评估,以便于实现质量控制,随后将其转移到储存罐中,然后在用户应用当中,例如在本发明中,按照使用所需进行供给。在用户的工厂里可以对含有悬浮液的固体重新稀释以便于使用。
在用户应用当中,例如在造纸厂使用中,在投入使用之前没有必要对含有沉淀碳酸钙产物的水悬浮液进行脱水。水悬浮液或浆液可以不必经过充分脱水即可装入储存罐中或直接运输到用户的工厂里。
沉淀碳酸钙具有小于约0.8μm的d50,例如小于约0.7μm,且适宜地至少为约0.2μm,例如为约0.25μm~0.45μm。
根据本发明的颜料产品中的碳酸钙组分具有如下颗粒尺寸分布:至少90重量%的颗粒的等同球体直径小于2μm。这里所使用的参数等同球体直径(esd)以熟知的方法通过使用Sedigraph 5100仪在水性介质中在充分分散的情况下由微粒状材料的沉淀来测定,所述Sedigraph 5100仪由美国乔治亚州Norcross的Micromeritics Instruments Corporation(电话:+1 770 6623620;网址:www.micromeritics.com)所提供,这里称为“MicromeriticsSedigraph 5100单元”。该仪器提供测量值,并且能够提供具有低于给定等同球体直径的颗粒的重量百分数积分曲线。
本发明中所使用的沉淀碳酸钙,如果主要是文石形态,则在充分分散的状态下颗粒尺寸分布为,重量百分比为P的颗粒具有小于xμm的尺寸,其中x分别为2μm、1μm、0.5μm、0.25μm,具体分布如下:
x(μm) | P(%) |
210.50.25 | 至少90至少75至少6015~40 |
例如本发明中所使用的沉淀碳酸钙可以具有如下的粒径分布:
x(μm) | P(%) |
210.50.25 | 至少95至少82至少6623~33 |
作为选择,本发明中所使用的沉淀碳酸钙,如果主要是菱面体形态,则在充分分散的状态下颗粒尺寸分布为,重量百分比为P的颗粒具有小于xμm的尺寸,其中x分别为2μm、1μm、0.5μm、0.25μm,具体分布如下:
x(μm) | P(%) |
210.50.25 | 至少93至少86至少225~25 |
例如本发明中所使用的沉淀碳酸钙可以具有如下的粒径分布(x和P如上定义):
x(μm) | P(%) |
210.50.25 | 至少97至少90至少256~19 |
该菱面体沉淀碳酸钙的中值等同粒径可以在约0.4μm~约0.6μm之间。
本发明组合物中所使用的沉淀碳酸钙具有至少为90的GE粉末亮度,例如至少92。
在实践中,沉淀碳酸钙的晶形不可能100%地为任何所选形态。对于一种晶形,作为主要成分与其他形态相混合是很常见的。典型地,期望超过50重量%的颗粒为选定形态,例如超过60重量%,更优选为80重量%。该混合形态通常可以赋予产物以合适的性质。当使用“主要”这个词汇来描述颗粒形状或者晶体形态的时候,应该按照如下方式理解,例如沉淀碳酸钙“主要为文石”,那么其中可以含有不超过50重量%的一种或多种其他颗粒形状或晶形,例如菱面体。
在本发明中,文石晶形一般为优选。
当根据本发明需要文石和菱面体形状的混合物时,可以通过传统的混合技术来制备。
细的球形碳酸钙(研磨碳酸钙或GCC)是由天然或者沉淀碳酸钙通过本领域所熟知的碾碎方法制得的。这里所使用的“细”是指在产物中,至少有80重量%的颗粒具有小于2μm的等同球体直径,因此也包扩术语“超细”。
颗粒颜料——第二组分(经处理的高岭土)
正如下面所详细描述的,本发明中所使用的经处理的高岭土都是很容易地通过商购得到,或可以通过本领域所熟知的方法制备。本发明组合物中所使用的高岭土组分适宜为具有高亮度的高岭土,例如GE粉末亮度至少是85,例如至少为90。
高岭土的形状系数
与低形状系数的高岭土相比,高形状系数的高岭土被认为更加“扁平”。这里所使用的“形状系数”为对于具有不同尺寸和形状的颗粒的总体,所测量的其平均颗粒直径与平均颗粒厚度之比的平均值(在重量平均的基础上),采用GB-A-2240398/US-A-5128606/EP-A-0528078中所描述的电导法和设备并采用这些专利说明书中所列方程进行所述测量。“平均颗粒直径”定义为与颗粒最大表面的面积相等的圆的直径。在EP-A-0528078中所描述的测量方法中,通过使所述颗粒充分分散的水性悬浮液流过长管来测定其电导率。所述电导率的测量是在(a)沿着管的纵向轴彼此分开的一对电极,与(b)沿着管的横向轴彼此分开的一对电极之间进行,被测微粒材料的形状系数可以由所测得的两个电导率的差值来确定。
正如上面所说,本发明中所使用的微粒状高岭土的形状系数可以大于、等于或小于约25,或者可以大于等于约45,这取决于涂布组分的第一组分的性质。当形状系数大于约25时,优选大于约30,更优选大于约35。当形状系数小于约25时,优选为约5~约20。
高岭土的平均等同颗粒直径
对于微粒状高岭土,这里所指的平均等同颗粒直径(d50值)和其他粒度性质均由使用Micromeritics Sedigraph 5100单元在水性介质中在充分分散的条件下对颗粒材料的沉淀进行测量得到。平均等同颗粒直径d50为由以下方法所确定的颗粒的等同球体直径值,值表示有50重量%的颗粒的等同球体直径小于d50值。
本发明中所使用的微粒状高岭土的d50值可以小于、等于或大于约0.5μm,这取决于第一组分的性质。当所述微粒状高岭土的d50大于等于0.5μm时,在约0.5μm~约1.5μm是合适的。当所述微粒状高岭土的d50小于等于约0.5μm时,在约0.1μm~约0.5μm是合适的。
当所使用的高岭土具有小于约25的形状系数时,优选高岭土具有小于约0.5μm的d50,例如为约0.1μm~约0.3μm。
高岭土的陡度
高岭土颗粒的“陡度”是表征高岭土颗粒粒径分布的参数,定义为d30/d70×100,其中d30是指的颗粒的等同球体直径,此时30重量%的颗粒的等同球体直径小于该d30值;d70是指等同球体直径,此时70重量%的颗粒的等同球体直径小于该d70值。
本发明中所使用的微粒状高岭土的陡度小于、等于或大于约20,这主要取决于第一组分的性质。当微粒状高岭土的陡度大于约20的时候,优选为约25~45,例如为约35~约45,并且通常小于约40。
高岭土的制备
本发明中所使用的微粒状高岭土是由天然材料(即未经加工的天然高岭土矿石)经过加工制备。经过加工的高岭土中通常含有至少50重量%的高岭石。例如,作为主导产品的大多数经过加工的高岭土中含有大于75重量%的高岭石,并且可以超过90%,在某些情况下则含有超过95重量%的高岭石。
可以采用一种或多种本领域技术人员所熟知的方法由未经加工的天然高岭土矿石制备本发明中所使用的经过处理的高岭土,例如通过已知的精炼或者选矿步骤。
例如,可以使用还原漂白剂来漂白高岭土矿石,例如亚硫酸氢钠。如果使用亚硫酸氢钠,可选地将漂白后的高岭土直接脱水,可选地进行洗涤并可选地再次脱水。
应该对高岭土矿石进行处理以除去其中的杂质,例如通过本领域熟知的絮凝或者磁分离技术。
制备本发明中所使用的微粒状高岭土的方法还可以包括一步或多步粉碎步骤,例如磨碎或碾碎。使用轻度粉碎的粗高岭土可以使其适当地分层。可以通过使用塑料(例如尼龙)小珠或颗粒、研磨或碾磨辅助工具来实现粉碎。对粗高岭石可以使用众所周知的方法进行提炼以除去杂质和改进其物理性能。可以使用已知的粒度分级方法对高岭土进行处理,例如筛选和/或离心来得到具有所需d50值或颗粒尺寸分布的颗粒。
高岭土的例子
大量的微粒状高岭土可以通过商购得到,它们均具有所需的粒度和形状系数。作为选择,本发明所使用的微粒状高岭土可以很容易用本领域技术人员所熟知的方法由市售高岭土制备,以达到所需的粒度和形状系数。
下面对下列本发明中所使用的经过处理的水合微粒状高岭土进行介绍。他们将在下面的实施例中使用:
粘土A:形状系数为大约25~35,d50值为0.58μm,且陡度为27。典型的颗粒尺寸分布如下:83重量%小于2μm;66重量%小于1μm;47重量%小于0.5μm;24重量%小于0.25μm。GE亮度是88.9。该粘土由申请人以AstraplateTM销售。
粘土B:形状系数为约33,d50值为0.41μm,且陡度为36。典型的颗粒尺寸分布如下:94重量%小于2μm;82重量%小于1μm;60重量%粒小于0.5μm;30重量%小于0.25μm。ISO亮度是86.8。
粘土C:形状系数为约33,d50值为0.62μm,且陡度为43。典型的颗粒尺寸分布如下:92重量%小于2μm;73重量%小于1μm;38重量%小于0.5μm;14重量%小于0.25μm。ISO亮度是89.1。该粘土由申请人以SupraprintTM出售。
粘土D:形状系数为约56,d50值为0.41μm,且陡度为32。典型的颗粒尺寸分布如下:92重量%小于2μm;78.5重量%小于1μm;59重量%小于0.5μm;31重量%小于0.25μm。GE亮度是88.2。该粘土由申请人以Contour 1500TM出售。
粘土E:形状系数为约58,d50值为0.46μm,且陡度为36。典型的颗粒尺寸分布如下:92重量%小于2μm;78重量%小于1μm;55.5重量%小于0.5μm;24.5重量%小于0.25μm。GE亮度是88.4。
高岭土F:形状系数为约25,d50值为0.49μm,且陡度为24.4。典型的颗粒尺寸分布如下:82重量%小于2μm;68重量%小于1μm;50重量%小于0.5μm;27重量%小于0.25μm。GE亮度是88.1。
粘土G:形状系数为约25~30,d50值为0.44μm,且陡度为36。典型的颗粒尺寸分布如下:93重量%小于2μm;80重量%小于1μm;56重量%小于0.5μm;27重量%小于0.25μm。GE亮度是87.0。该粘土由申请人以Supragloss 95TM出售。
粘土H:形状系数为约25~30,d50值为0.45μm,且陡度为30。典型的颗粒尺寸分布如下:90重量%小于2μm;76重量%小于1μm;54重量%小于0.5μm;30重量%小于0.25μm。GE亮度是87.0。
粘土I:这是“块状的”(低形状系数)纸涂布高岭土颜料。形状系数为约12,d50值为0.53μm,且陡度为47。典型的颗粒尺寸分布如下:95.6重量%小于2μm;20.5重量%小于0.25μm。GE亮度是89.6。该粘土由申请人以Astra-PIusTM出售。
粘土J:这是“块状的”(低形状系数)纸涂布高岭土颜料。形状系数为约11,d50值为0.18μm,且陡度为36.9。典型的颗粒尺寸分布如下:99重量%小于2μm;98重量%小于1μm;92重量%小于0.5μm;65重量%小于0.25μm。GE亮度是91.3。该粘土由Huber以Hubertex 91TM出售。
粘土K:这是“块状的”(低形状系数)纸涂布高岭土颜料。形状系数为约7.8,d50值为0.26μm,且陡度为37.3。典型的颗粒尺寸分布如下:100重量%小于2μm;99重量%小于1μm;89重量%小于0.5μm;51重量%小于0.25μm。GE亮度是87.7。该粘土由Cadam SA(巴西)以Amazon 88TM出售。
粘合剂
本发明中所使用的粘合剂可以从本领域所熟知的粘合剂中选择。所述粘合剂可以占组合物固体含量的4重量%~30重量%,例如8重量%~20重量%,尤其是8重量%~15重量%。所使用的量取决于组合物以及粘合剂的类型,所述粘合剂本身可以包括一种或多种组分。
合适的粘合剂的例子包括:
(a)淀粉:含量典型为约4重量%~约20重量%。这些淀粉可以适宜地来自于天然淀粉,例如从已知的植物源例如小麦、玉米、马铃薯或木薯粉等得到的天然淀粉。当以淀粉作为粘合剂组分时,可以采用本领域熟知的一种或多种化学处理方法对所述淀粉进行处理。例如,可以对淀粉进行氧化,将淀粉中的一些-CH2OH基团转化为-COOH基团。在某些情况下,所述淀粉中可以含有少部分的乙酰基(-COCH3)。作为选择,可以用化学方法处理淀粉使其呈现阳离子性或者两性,即同时具有正电荷和负电荷。通过用例如-OCH2CH2OH、-OCH2CH3和-OCH2CH2CH2OH取代淀粉中的一些-OH可以将淀粉转化为淀粉醚,或者转化为羟烷基淀粉。另一类的经过化学处理的淀粉已知为淀粉磷酸酯。作为选择,可以使用稀酸或酶来水解未经加工的淀粉以产生糊精类胶。本发明组合物中所使用的淀粉粘合剂的量基于颜料的干重优选为约4重量%~约25重量%。淀粉粘合剂可以与其它一种或者多种粘合剂联合使用,例如胶乳或聚乙酸乙烯酯或聚乙醇烯型的合成粘合剂。当淀粉粘合剂与例如合成粘合剂等另一种粘合剂联合使用时,基于颜料的干重,淀粉粘合剂的量优选为约2重量%~约20重量%,合成粘合剂的量优选为约2重量%~约12重量%。优选至少50重量%的粘合剂混合物含有改性或者未改性的淀粉。
(b)胶乳:含量典型为约4重量%~约20重量%。所述胶乳可以含有例如苯乙烯丁二烯橡胶胶乳、丙烯酸聚合物胶乳、聚乙酸乙烯酯胶乳或者苯乙烯丙烯酸共聚物胶乳。
(c)其它粘合剂:含量典型为约4重量%~约20重量%。其它粘合剂的例子包括蛋白质粘合剂,例如酪蛋白或者大豆蛋白;聚乙烯醇。
如果需要,任何上述的粘合剂和粘合剂的类型都可以单独使用或者彼此和/或与其它粘合剂一起混合使用。
组合物的选择性添加的组分
如果需要,根据本发明的涂布组合物可以含有一种或多种选择性添加的组分。该添加组分,如果存在,可以适宜地从已知的用于纸涂布组合物的添加剂中选择。用于纸涂布的不同类型的选择性添加剂实例如下:
(a)一种或者多种交联剂:例如含量可达约5重量%;诸如乙二醛、三聚氰胺甲醛树脂、碳酸锆铵;
(b)一种或者多种保水助剂:例如含量可达约2重量%;例如羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、PVOH(聚乙烯醇)、淀粉、蛋白质、聚丙烯酸酯、胶质类、藻酸酯、聚丙烯酰胺膨润土,以及其他市售的用于此用途的产品。
(c)一种或者多种粘度调节剂和/或增稠剂:例如含量可达约2重量%;例如丙烯酸类增稠剂、聚丙烯酸酯、乳液共聚物、二氰胺、三元醇、聚氧乙烯醚、脲、蓖麻油硫酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、CMC(羧甲基纤维素,例如羧甲基纤维素钠)、藻酸钠、黄原胶、硅酸钠、丙烯酸共聚物、HMC(羟甲基纤维素)、HEC(羟乙基纤维素)等。
(d)一种或者多种润滑/砑光助剂:例如含量可达约2重量%;例如硬脂酸钙、硬脂酸铵、硬脂酸锌、蜡乳化液、蜡、烷基烯酮二聚体、二醇。
(e)一种或者多种分散剂:例如含量可达约2重量%,例如聚合电解质,诸如聚丙烯酸盐和含有共聚物的聚丙烯酸盐,特别是聚丙烯酸盐(例如钠盐、铝盐以及选择性的与第二族金属形成的盐)、六偏磷酸钠、非离子多元醇、多磷酸、缩聚磷酸钠、非离子表面活性剂、链烷醇胺和其他通常用于该功能的试剂。
(f)一种或者多种阻泡剂/消泡剂:例如含量可达约1重量%,例如表面活性剂混合物、磷酸三丁酯、脂肪聚氧乙烯醚加脂肪醇、脂肪酸皂、硅酮乳液和其他含硅酮组合物、蜡和在矿物油中的无机颗粒、乳化烃的混合物以及其他具有此功能的市售化合物。
(g)一种或多种干或湿粘附性能的改进添加剂:例如含量可达约2重量%,例如三聚氰胺树脂、聚乙烯乳液、脲甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚酰胺、硬脂酸钙、苯乙烯顺丁烯二酸酐和其他物质。
(h)一种或者多种干或湿磨损性能和/或抗磨损性的改进添加剂:例如含量可达约2重量%,例如基于乙二醛的树脂、氧化聚乙烯、三聚氰胺树脂、脲甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚乙烯蜡、硬脂酸钙和其他物质。
(i)一种或者多种亮光油墨持留添加剂:例如含量可达约2重量%,例如氧化聚乙烯、聚乙烯乳液、蜡、酪蛋白、胍尔豆胶、CMC、HMC、硬脂酸钙、硬脂酸铵、藻酸钠和其他物质。
(j)一种或多种光学增白剂(OBA)和/或荧光增白剂(FWA):例如含量可达约1重量%,例如1,2二苯乙烯衍生物。
(k)一种或多种染色剂:例如含量可达约0.5重量%。
(l)一种或多种杀菌剂/防腐剂:例如含量可达约1重量%,例如偏硼酸盐、十二烷基苯磺酸钠、硫氰酸酯、有机硫化物、苯甲酸钠和其他市售的具有此功能的化合物,例如由Nalco销售的一系列杀菌剂聚合物。
(m)一种或多种均化剂和匀浆剂(evening aid):例如含量可达约2重量%,例如非离子多元醇、聚乙烯乳液、脂肪酸、酯和醇衍生物、乙醇/环氧乙烷、羧甲基纤维素钠、HEC、藻酸盐、硬脂酸钙和其他具有此功能的市售的化合物。
(n)一种或者多种抗油脂和抗油添加剂:例如含量可达约2重量%,例如氧化聚乙烯、胶乳、SMA(苯乙烯顺丁烯二酸酐)、聚酰胺、蜡、藻酸盐、蛋白质、CMC、HMC。
(o)一种或者多种的防水添加剂:例如含量可达约2重量%,例如氧化聚乙烯、酮类树脂、阴离子胶乳、聚氨基甲酸酯、SMA、乙二醛、三聚氰胺树脂、脲甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚酰胺、乙二醛、硬脂酸酯和其他具有此功能的市售物质。
(p)一种或者多种附加颜料:本发明中所使用的颜料,即碳酸钙和高岭土体系,可以被用作纸涂布组合物中唯一的颜料,或者与一种或者多种其他已知颜料联合使用,例如煅烧高岭土、二氧化钛、硫酸钙、缎光白、滑石和所谓的“塑料颜料”。当使用颜料混合物时,优选碳酸钙和高岭土体系在组合物中的量至少占混合颜料总干重的约80%。
如果需要,上述任何添加剂或者添加剂类型都可以单独使用或彼此和/或与其他添加剂混合使用。
对于所有上述添加剂,所例举的重量百分比均基于组合物中的颜料干重(100%)来计算。当所述添加剂以最小量存在时,所述最小量可占颜料干重的约0.01重量%。
涂布组合物
根据本发明的涂布组合物含有水性悬浮液,如上面所讨论,所述水性悬浮液含有规定的微粒状颜料和粘合剂以及选择性的一种或几种更进一步的添加剂组分。
根据本发明的涂布组合物优选主要含有规定的微粒状颜料、粘合剂和选择性的一种或几种更进一步的添加剂的水性悬浮液,其中所述更进一步的添加剂选自上述所列的添加剂类型,并且其他成分小于约10重量%。
根据本发明纸涂布组合物中的固体含量可以大于约60重量%,优选至少约70%,优选尽可能高,但仍要给出合适的可以在涂布中应用的流体组合物(例如高达约80%)。
组合物的制备
根据本发明的第二方面,是提供制备本发明涂布组合物的方法,所述方法包括在水性介质中将微粒状颜料与粘合剂混合以制备其中含有固体组分的悬浮液。可以使用本领域普通技术人员所熟知的常规的混合技术来适宜地制备涂布组合物。
最初通过将每种所需颜料的水性悬浮液混合以形成含有所述颜料混合物水性悬浮液,从而制得颜料混合物。该水性悬浮液可以为分散的水性悬浮液,所使用的用以形成所述混合物的各个颜料的水性悬浮液均可含有分散剂。所述分散剂用于分散混合在一起的各单独的水性悬浮液中的颜料,该悬浮液的浓度可以相同或不同。
所述纸涂布组合物可以将含有颜料组分的分散的水性悬浮液与粘合剂和其他选择性添加的组分以本领域技术人员所熟悉的方式相混合而制备。
颜料混合物
根据本发明的第三方面,是提供用于制备本发明的涂布组合物的颜料组合物,所述颜料组合物含有微粒状材料的混合物,该微粒状材料中包括或由以下物质组成:
粘合剂,其中的微粒状颜料包括:
(a)第一组分和第二组分,所述第一组分为沉淀碳酸钙,其中主要含有文石型或菱面体型颗粒或者是同时含有文石型和菱面体型颗粒,其中文石∶菱面体重量比为40∶60~60∶40(例如约50∶50),所述第二组分为经处理的水合微粒状高岭土,所述高岭土具有大于等于约25的形状系数且大于等于约20的陡度;或
(b)第一组分和第二组分,所述第一组分为细微粒状碳酸钙,其中主要含有大体呈球形的颗粒,所述第二组分是经处理的微粒状水合高岭土,所述高岭土具有大于等于约45的形状系数且平均等同颗粒直径(d50)小于约0.5μm;或
(c)第个组分和第二组分,所述第一组分为沉淀碳酸钙,其中主要含有文石型和菱面体型颗粒,其中文石∶菱面体重量比为40∶60~60∶40(例如约50∶50),所述第二组分为经处理的微粒状水合高岭土,其形状系数为小于约25。
所述颜料组合物可以为干燥的微粒混合物,该微粒混合物含有或者由上述组分组成,或为颗粒在液体(适宜为水性)基质中的悬浮液。
纸涂布工艺
根据本发明的另外一个方面,是提供应用所述涂布组合物的方法,其中包括应用所述组合物涂覆纸张并对纸张进行砑光以在其上得到光泽涂层。优选在纸的两侧均形成光泽涂层。
砑光是一种熟知的工艺,在其中,使涂布纸片在砑光机的压区或辊间通过一次或多次,以提高纸的平滑度和光泽度并减少块状物。通常,使用弹性体涂覆的轧辊来对高固体组合物施压。可以施加升高的温度。可以在压区通过一至或多次(例如,可达约12次,有时更高)。
对纸和其他薄片材料进行涂布的方法,以及实施该方法所需要的仪器是广泛应用并众所周知的。根据本发明,该已知的方法和仪器可以很方便地应用于涂布纸的制备。例如,在Pulp and Paper International(国际纸浆和造纸),1994年5月,第18页等中刊登了关于该方法的综述。片材可以在片材成型机上涂布,即,在涂布机或者涂覆机的“机上”或“机外”。在涂覆方法中需要使用高固体含量组合物,因为它留下更少的可随后蒸发的水分。然而,如本领域所熟知的,固体含量不能太高以至于产生粘度过高和均化的问题。
实施根据本发明的涂布方法所使用的仪器中优选包括(i)将涂布组合物施用到待涂覆材料的工具,即敷涂器;和(ii)能够确保施加恰当量的涂布组合物的工具,即计量设备。当将过量的涂布组合物施加至敷涂器时,检测设备位于其下游。作为替代,例如,进行薄膜压力涂布时,可以使用计量设备将适量的涂布组合物施加于敷涂器。在涂覆和计量时,纸幅支架可以是支持辊(例如采用一个或两个敷涂器涂覆时)或没有支持辊(即只是绷紧)。涂料与纸接触至最终将过量的涂料除去之前的时间为停留时间——该时间可短可长,或者是可变的。
所述涂层通常在涂覆工位由涂布头添加。根据质量的要求,纸的等级分为未涂布、单涂层、双涂层甚至三涂层。当提供超过一个涂层时,初始涂布(预涂布)可以采用较便宜的配料,并且可选地涂布组合物中含有较少的颜料。用于双面涂覆(即在纸的两边都进行涂覆)的涂布机可以具有两个或四个涂布头,这取决于每个涂布头所涂覆的面的数量。大多数涂布头每次只能涂覆一个面,但一些辊式涂布机(例如压膜涂布机、闸辊式涂布机、施胶压榨涂布机)在一次通过就能够对两面均进行涂覆。
可以使用的已知的涂布机的实例包括,但不限于,空气刮刀涂布机、刮刀涂布机、棒式涂布机、刮棒涂布机、多头涂布机、辊式涂布机、辊式/刮刀涂布机、涂铸机、实验室涂布机、凹板式涂布机、吻合式涂布机、液体施加系统、逆转辊式涂布机、幕帘式涂布机、喷雾涂布机和挤压式涂布机。
在本发明说明书中所描述的所有涂布组合物的的例子中,将水添加到固体中达到一定的固体浓度,优选该固体浓度为,当将组合物涂覆到片材上以得到所需目标的涂布质量时,所述组合物具有合适的流变能力,使所述组合物能够在1~1.5巴的压力(例如,刮刀压力)下涂覆。
涂布纸产品
根据本发明的另外一个方面,为提供涂覆有光泽涂层的纸,所述光泽涂层是根据本发明的纸涂布组合物的干燥残余物。
在涂布和砑光之后,每单位面积的纸的总重量(克重)典型为30g/m2~70g/m2,尤其是49g/m2~65g/m2或35g/m2~48g/m2。最终涂层优选每单位面积的重量(涂布质量)为3g/m2~20g/m2,尤其是5g/m2~13g/m2。该涂层可以应用到纸的两面。因此,所述涂布纸可以是轻量涂布纸(LWC)或超轻量涂布纸(ULWC)。纸的光泽度优选大于45TAPPI单位,在压力为1MPa时,每个纸涂布的Parker Print Surf值优选小于1μm。
一般来说,在所有常规涂布重量下,均可以发现本发明的涂布组合物的优点。尽管如此,在某些情况下,对于不同的涂布重量,可以观测到不同优点的组合。例如,当所述微粒状高岭土的形状系数相对较高,而同时具有较低的平均等同颗粒直径和相对较高的陡度时,在涂布重量较大时,在某些情况下所述优点体现得更加显著。
检验方法
光泽度
涂布纸表面的光泽度可以使用TAPPI Standard No 480ts-65中列出的检测方法进行测量。测量从纸表面一定角度的反射光的强度,并与已知的标准光泽度数据进行比较。入射光线和反射光线与纸表面法线的夹角均为75°。
所得结果用TAPPI光泽度单位来表示。根据本发明的涂布纸的光泽度可以大于50TAPPI单位,在某些情况下可以大于55TAPPI单位。
平滑度
Parker Print Surf(“PPS”)测试提供了纸表面平滑性的量度,该测试包括测量空气在压力下从被夹紧的涂布纸样品中泄漏的速度,所述涂布纸在已知的标准压力下被夹在两个平板之间,其中上层平板具有一个压缩空气的出口,而下层平板的上表面上覆盖有根据被检验的纸的性质而选择的由或软或硬的参考支撑材料所制成的薄片。根据空气逸出的速率,可以计算纸平面与参考材料之间均立方根(μm)的差值。该差值越小,代表被检验的纸表面的平滑度越高。
不透光度
这里所使用的不透光度是指所测量的入射光在涂布基质上的反射百分比。标准的检测方法为ISO 2471。纸样品的不透光性可以通过ElrephoDatacolor 3300分光光度计以适合于不透光度检测的波长进行测量。首先,对至少10张纸的叠层通过黑洞(R无穷大)进行入射光的反射百分比的测量,然后用单张纸替换所述纸叠层,对所述单张纸在黑色覆盖物上的反射比例进行第二次测量(R)。不透光度的百分比根据下面的公式计算:
不透光度百分比=100×R/R无穷大
亮度
涂布纸的ISO亮度通过使用装备有8号滤光器(457nm波长)的ElrephoDatacolour 2000TM亮度计来测量。这里所表示的GE亮度在TAPPI StandardT452中进行了定义,且GE亮度是指根据本领域所熟知的方法在测定的457nm波长下光的反射百分比。
印刷光泽度
涂布纸表面的印刷光泽度通过下述的标准TAPPI检测方法进行测定。测定与纸表面成一定角度的反射光的强度,并与标准的已知印刷光泽度值进行比较。入射光线和反射光线与纸表面的法线的夹角均为20°或75°。结果用TAPPI印刷光泽度单位表示。
下面将参考下列解释性的实施例对本发明的具体实施方式进行非限制性的描述。
实施例1
在本实施例中,对根据本发明的组合物的性质进行测定,在所述组合物中微粒状颜料含有文石沉淀碳酸钙和形状系数大于或等于25且陡度在20~35之间的高岭土,将本发明的组合物与含有单组分颜料的组合物、含有块状纸涂布高岭土的组合物以及含有具有大体呈球形的颗粒(碳酸钙C)或菱面体沉淀碳酸钙(碳酸钙B)的组合物进行比较。
制备含约54%或58%固体的一系列水性涂布组合物(具体内容见表1),所述固体部分包含如下物质:
100份总颜料(碳酸钙/高岭土)
8pph淀粉(PG280)
8pph苯乙烯-丁二烯胶乳(Dow)
根据需要加入的丙烯酸类增稠剂
1pph Nopcote C104(硬脂酸钙)
所使用的颜料是:
100%粘土A(参比)
50∶50粘土A∶碳酸钙B(“OC-Print”)
50∶50粘土A∶碳酸钙A(“OC-Gloss”)
50∶50粘土A∶碳酸钙C(“C-95”)
100%粘土I(参比)
50∶50粘土I∶OC-Print
50∶50粘土I∶OC-Gloss
50∶50粘土I∶C-95
100%OC-Print
100%OC-Gloss
100%C-95
将涂料涂布于34.5g/m2的机械木浆原纸。的3英寸胶料堰头(pondhead)的Heli-coaterTM 2000设定为50°的刮刀倾斜角,使用该设备使涂布重量达到7.0g/m2。机器的速度为800m/min。所有色料均以恒定的固体含量涂覆,通过调节增稠剂(平均需要约0.05pph的剂量)来调节其布氏(Brookfield)粘度。使用不同颜料所得涂料的粘度如下表1中所示。得到了5g/m2~10g/m2的一系列涂布重量,并将其性质内插至(interpolated to)7.0g/m2。
砑光条件如下:
设备:Beloit Supercalender(镀铬钢辊/棉轧辊)
砑光压力:250psi(1.7MPa)
压区:3压区
温度:60摄氏度
表1:胶印的涂布色料粘度
颜料 | 100rpm时的布氏粘度mPa.s | Hercules4400rpm表观粘度mPa·s | %固体 |
100粘土A | 1008 | 50.8 | 58.2 |
50粘土A∶50OC-Print | 1044 | 57.8 | 58.1 |
50粘土A∶50OC-Gloss | 1080 | 50.8 | 58.2 |
50粘土A∶50C-95 | 1004 | 49.1 | 54.4 |
100粘土I | 1084 | 68.3 | 58.2 |
50粘土I∶50OC-Print | 1072 | 58.6 | 58.1 |
50粘土I∶50OC-Gloss | 1072 | 46.1 | 58.0 |
50粘土I∶50C-95 | 1052 | 50.6 | 58.2 |
100OC-Print | 1056 | 41.6 | 58.3 |
100OC-Gloss | 1064 | 32.1 | 58.1 |
100C-95 | 1044 | 38.7 | 58.1 |
结果
在表2(100%颜料)和表3(50∶50混合物)中列出了光泽度、亮度、不透光度和PPS平滑度等纸的性质。在所有结果中,首先显示所测量的插值至7.0g/m2的性质,随后是100%组分(在括号内)的算术平均值,最后得到正或负的协同作用。注意正值表示纸张质量的改善,而负值表示纸张质量的下降。
使用粘土A时,当将粘土A与所有三种碳酸钙类型混合在一起时,亮度和平滑度显示出协同的益处。当碳酸钙的比例为50%时,文石(OptiCalGloss)为最佳选择,它提供了显著增加的光泽度(+3TAPPI单位)以及良好的亮度和不透光度。Carbital 95对光泽度和不透光度没有明显改善。
与Astra-Plus(粘土I)混合后的表现与粘土A不同。与所有三种碳酸盐类型混合都会在光泽度上产生反协同作用。文石(OCGloss)在不透光度和平滑度上也会产生反协同作用,而且不会使亮度增加。对于斜方沉淀碳酸钙和微粒状研磨碳酸钙来说,只能观察到亮度和平滑度的微小协同作用。
表2 内插至7.0g·m-2涂布重量时100%颜料涂布的纸张性质
纸张性质 | 粘土A | 粘土I | OptiCalGloss | OptiCalPrint | Carbital 95 |
75°光泽度 | 44 | 55 | 44 | 40 | 27 |
亮度 | 65.7 | 68.0 | 69.6 | 69.8 | 67.5 |
不透光度 | 87.0 | 88.0 | 88.1 | 88.0 | 86.7 |
PPS平滑度 | 1.37 | 1.17 | 1.54 | 1.55 | 1.86 |
表3 所得到的50/50混合物的纸张性质、算术平均值和协同作用
纸张性质 | 粘土A/OCGloss50/50 | 粘土A/OCPrint50/50 | 粘土A/C-9550/50 |
75°光泽度 | 47(44)+3 | 42(42)0 | 34(35)-1 |
亮度 | 68.7(67.7)+1.0 | 68.6(67.8)+0.8 | 67.6(66.6)+1.0 |
不透光度 | 87.9(87.6)+0.3 | 87.9(87.5)-0.4 | 87.2(86.9)-0.3 |
PPS平滑度 | 1.41(1.46)+0.05 | 1.36(1.46)+0.1 | 1.58(1.62)+0.04 |
粘土I/OCGloss50/50 | 粘土I/OCPrint50/50 | 粘土I/C-9550/50 | |
75°光泽度 | 45(49)-4 | 46(47)-1 | 42(41)-1 |
亮度 | 68.8(68.8)0 | 69.3(68.9)+0.4 | 68.1(67.8)+0.3 |
不透光度 | 87.8(88.0)-0.2 | 88.3(88.0)+0.3 | 87.7(87.4)+0.3 |
PPS平滑度 | 1.41(1.36)-0.05 | 1.35(1.36)+0.01 | 1.41(1.52)+0.11 |
实施例2
在本实施例中,对根据本发明的组合物的性质进行测定,在所述组合物中微粒状颜料含有文石沉淀碳酸钙或菱面体沉淀碳酸钙和形状系数大于或等于25且陡度大于或等于20(粘土B,C,D,E)的高岭土,将本发明的组合物与含有单组分颜料的组合物以及含有大体呈球形的颗粒形状的很细的微粒状碳酸钙(Carbital 95)的组合物进行了比较。
对下列颜料进行了检测:
100%粘土D
50∶50粘土D∶OptiCalGloss
50∶50粘土D∶OptiCalPrint
100%OptiCalPrint
100%粘土E
50∶50粘土E∶OptiCalGloss
50∶50粘土E∶OptiCalPrint
100%粘土C
50∶50粘土C∶OptiCalGloss
50∶50粘土C∶OptiCalPrint
100%粘土B
50∶50粘土B∶OptiCalGloss
50∶50粘土B∶OptiCalPrint
50∶50粘土D∶C95
50∶50粘土E∶C95
50∶50粘土C∶C95
50∶50粘土B∶C95
100%C95
制备约53%或59%固体的一系列水性涂布组合物(具体内容见表4),所述固体部分的组成如下:
100份颜料(总)
8pph苯乙烯-丁二烯胶乳(Dow 950)
8pph羟基化淀粉(Penford Gum 280)
1pph Nopcote C104(硬脂酸钙)
由于可以使造纸厂提高速度,因此这些组合物的高固体含量对于干燥剂受限的造纸厂非常有益。
用Helicoater 2000D和短停留头以1000m/min的速度将色料涂覆到Caledonian机械木浆轻量涂布基纸上。在65摄氏度和69巴压力下使涂布样品通过Perkins超级砑光机用8个压区将其砑光。使用不同颜料时涂布色料的粘度值如下表4所示。
表4:涂布色料流变性能
颜料/混合物 | 固体重量% | Ferranti Shirley高剪切粘度mPa·s 12800s-1 | 100rpm时的布氏粘度mPa·s |
粘土D | 53.2 | 70 | 720 |
粘土D/OptiCalGloss50/50 | 56.1 | 72 | 740 |
OptiCalGloss | 57.6 | 65 | 860 |
粘土D/OptiCalPrint50/50 | 56.1 | 70 | 680 |
OptiCalPrint | 58.9 | 70 | 660 |
粘土E | 52.8 | 74 | 560 |
粘土E/OptiCalGloss50/50 | 55.2 | 72 | 730 |
粘土E/OptiCalPrint50/50 | 55.2 | 76 | 600 |
粘土C | 57.6 | 75 | 680 |
粘土C/OptiCalGloss50/50 | 57.8 | 76 | 780 |
粘土C/OptiCalPrint50/50 | 58.3 | 77 | 700 |
粘土B | 56.4 | 69 | 1020 |
粘土B/OptiCalGloss50/50 | 56.7 | 75 | 900 |
粘土B/OptiCalPrint50/50 | 56.9 | 80 | 800 |
粘土D/C9550/50 | 57.5 | 87 | 960 |
粘土E/C9550/50 | 57.0 | 90 | 780 |
粘土C/C9550/50 | 57.7 | 98 | 780 |
粘土B/C9550/50 | 57.0 | 72 | 790 |
C95 | 59.7 | 83 | 1040 |
结果
表5中列出了每种颜料或者颜料混合物的纸张性质。该结果按照涂布质量增加的顺序(6、8和10g/m2)列出。对于混合物,每种性质列出了3个数字。首先是测定得到的性质,接着是根据100%组分的结果计算出的算术平均值(在括号内),最后是由于混合所导致的增加或者减少。这代表着任何协同或者反协同效果的程度。如果协同效果导致改善了纸张质量,则所述结果以正值列出。如果结果是降低了纸张质量,则所述结果以负值列出。
表5 在6、8和10g/m2时的纸张性质
颜料 | 光泽度 | 亮度 | 不透光度 | PPS1000kPa |
粘土D | 56 | 69.3 | 86.7 | 1.03 |
62 | 70.0 | 87.5 | 0.97 | |
67 | 70.5 | 88.1 | 0.91 | |
粘土D/OptiCalGloss50/50 | 52(50)+2 | 72.4(71.3)+1.1 | 87.5(87.0)+0.5 | 1.13(1.19)+0.06 |
58(56)+2 | 73.6(72.6)+1.0 | 88.6(88.1)+0.5 | 1.02(1.09)+0.07 | |
62(61)+1 | 74.4(73.4)+1.0 | 89.4(88.8)+0.6 | 0.93(1.00)+0.07 | |
OptiCalGloss | 45 | 73.3 | 87.3 | 1.35 |
51 | 75.1 | 88.6 | 1.20 |
55 | 76.2 | 89.5 | 1.08 | |
粘土D/OptiCalPrint50/50 | 47(50)-3 | 72.6(72.0)+0.4 | 87.7(87.4)+0.3 | 1.11(1.16)+0.05 |
54(56)-2 | 73.9(73.1)+0.8 | 88.7(88.2)+0.5 | 1.01(1.06)+0.05 | |
60(60)0 | 74.9(74.0)+0.9 | 89.4(88.9)+0.5 | 0.93(0.99)+0.06 | |
OptiCalPrint | 44 | 74.7 | 88.0 | 1.28 |
49 | 76.2 | 88.9 | 1.16 | |
53 | 77.4 | 89.6 | 1.07 | |
粘土D/C9550/50 | 44(44)0 | 71.8(70.7)+1.1 | 87.0(86.5)+0.5 | 1.10(1.28)+0.18 |
50(50)0 | 72.7(71.6)+1.1 | 87.9(87.2)+0.8 | 0.96(1.19)+0.23 | |
55(55)0 | 73.4(72.2)+1.2 | 88.6(87.9)+0.7 | 0.85(1.12)+0.27 | |
C95 | 33 | 72.0 | 86.2 | 1.52 |
38 | 73.1 | 87.0 | 1.40 | |
42 | 74.0 | 87.7 | 1.32 | |
粘土E | 57 | 70.0 | 86.8 | 1.04 |
63 | 70.7 | 87.6 | 0.94 | |
67 | 71.2 | 88.3 | 0.87 | |
粘土E/OptiCalGloss50/50 | 50(51)-1 | 73.0(71.7)+1.3 | 87.5(87.1)+0.4 | 1.12(1.19)+0.07 |
57(57)0 | 74.1(72.9)+1.2 | 88.5(88.1)+0.4 | 1.00(1.07)+0.07 | |
63(61)+2 | 74.9(73.7)+1.2 | 89.3(88.9)+0.4 | 0.92(1.00)+0.08 | |
粘土E/OptiCalPrint50/50 | 50(50)0 | 73.2(72.4)+0.8 | 87.7(87.4)+0.3 | 1.05(1.16)+0.11 |
56(56)0 | 74.3(73.5)+0.8 | 88.9(88.2)+0.7 | 0.97(1.05)+0.08 | |
61(60)+1 | 75.2(74.3)+0.9 | 89.8(89.0)+0.8 | 0.90(0.97)+0.07 | |
粘土E/C9550/50 | 44(45)-1 | 72.2(71.0)+1.2 | 87.3(86.5)+0.8 | 1.11(1.28)+0.17 |
50(50)0 | 73.1(71.9)+1.2 | 88.2(87.3)+0.9 | 0.99(1.17)+0.18 | |
55(55)0 | 73.9(72.6)+1.3 | 88.9(88.0)+0.9 | 0.90(1.09)+0.19 | |
53 | 70.8 | 86.7 | 1.07 |
粘土C | 53 | 70.8 | 86.7 | 1.07 |
60 | 72.8 | 87.8 | 0.95 | |
粘土C/OptiCalGloss50/50 | 49(49)0 | 73.2(72.0)+1.2 | 87.5(87.0)+0.5 | 1.08(1.21)+0.13 |
55(55)0 | 74.4(73.5)+0.9 | 88.4(88.2)+0.2 | 0.97(1.07)+0.10 | |
60(60)0 | 75.3(74.4)+0.9 | 89.2(89.0)+0.2 | 0.87(0.97)+0.10 | |
粘土C/OptiCalPrint50/50 | 51(49)+2 | 73.6(72.8)+0.8 | 87.9(87.4)+0.5 | 1.03(1.17)+0.14 |
57(55)+2 | 74.9(74.0)+0.9 | 88.8(88.4)+0.4 | 0.91(1.05)+0.14 | |
61(59)+3 | 75.9(75.0)+0.9 | 89.6(89.1)+0.5 | 0.82(0.97)+0.15 | |
粘土C/C9550/50 | 41(43)-2 | 72.5(71.4)+1.1 | 87.0(86.5)+0.5 | 1.20(1.29)+0.09 |
47(49)-2 | 73.4(72.4)+1.0 | 87.8(87.4)+0.4 | 1.09(1.17)+0.08 | |
52(53)-1 | 74.1(73.2)+0.9 | 88.5(88.1)+0.4 | 1.00(1.09)+0.09 | |
粘土B | 57 | 70.1 | 86.5 | 1.00 |
62 | 70.6 | 87.4 | 0.87 | |
66 | 71.0 | 88.2 | 0.77 | |
粘土B/OptiCalGloss50/50 | 57(51)+6 | 73.2(71.7)+1.5 | 87.8(86.9)+0.9 | 1.04(1.18)+0.14 |
62(56)+6 | 74.3(72.9)+1.4 | 88.8(88.0)+0.8 | 0.93(1.03)+0.10 | |
66(60)+6 | 75.0(73.6)+1.4 | 89.7(88.8)+0.9 | 0.84(0.93)+0.09 | |
粘土B/OptiCalPrint50/50 | 48(51)-3 | 72.9(72.4)+0.6 | 87.7(87.3)+0.4 | 1.08(1.14)+0.06 |
55(56)-1 | 74.2(73.4)+0.8 | 88.7(88.2)+0.5 | 0.93(1.02)+0.09 | |
59(60)-1 | 75.3(74.2)+1.1 | 89.4(88.9)+0.5 | 0.84(0.92)+0.08 | |
46(45)+1 | 72.3(71.1)+1.2 | 87.0(86.4)+0.6 | 1.13(1.26)+0.13 | |
51(50)+1 | 73.1(71.9)+1.2 | 87.9(87.2)+0.7 | 1.05(1.13)+0.08 | |
55(54)+1 | 73.8(72.5)+1.3 | 88.7(88.0)+0.7 | 0.97(1.04)+0.07 |
实施例3
在本实施例中,在不同的粘土∶沉淀碳酸钙比例下对所述组合物的性质进行了测定,其中微粒状颜料含有文石沉淀碳酸钙和形状系数为25且陡度超过20的高岭土(粘土F),并将该组合物与在粘土∶沉淀碳酸钙为60∶40时用菱面体沉淀碳酸钙取代文石沉淀碳酸钙的组合物及与含有单组分颜料的组合物进行比较。
对于混合物,每个性质列出两个数据。首先是测定得到的性质,接着是根据100%组分的结果计算出的算术平均值(在括号内)。
组合物和涂覆条件如下表6表头所述,所得结果列于表6中。
表6
轻量涂布纸-8g/m2组成:8份Dow950胶乳,9份PG280淀粉+硬脂酸盐Helicoating:600m/min,45°刮刀角,Caledonian LWX基纸超级砑光:8压区,1000psi,65℃ | ||||||||
颜料混合物 | 色料固体重量% | 纸片性质 | 印刷光泽度 | 印刷浓度 | ||||
光泽度% | 亮度(ISO) | 不透光度(ISO) | 干性 | 平印纸 | 干性 | L/D | ||
粘土F | 55.4 | 61 | 71.8 | 91.4 | 87 | 76 | 1.59 | 0.72 |
碳酸盐D | 56.0 | 54 | 77.0 | 92.3 | 70 | 67 | 1.45 | 0.97 |
碳酸盐E | 56.0 | 44 | 77.2 | 92.3 | 71 | 69 | 1.42 | 0.96 |
粘土F/碳酸盐D 60∶40 | 56.0 | 56(58) | 74.6(73.9) | 92.0(91.8) | 77(88) | 67(72) | 1.51(1.53) | 0.88 |
粘土F/碳酸盐D40∶60 | 56.4 | 57(57) | 75.7(74.9) | 92.1(91.9) | 75(77) | 67(71) | 1.50(1.51) | 0.87 |
粘土F/碳酸盐E60∶40 | 56.2 | 50(54) | 75.0(74.0) | 91.8(91.8) | 72(81) | 65(73) | 1.47(1.52) | 0.90 |
实施例4
在本实施例中,对根据本发明的组合物的性质进行了测定,并将其与含有单组分颜料的组合物进行比较,在所述本发明的组合物中微粒状颜料含有文石沉淀碳酸钙或菱面体沉淀碳酸钙和形状系数为25~30且陡度超过20(粘土H)的高岭土颗粒,碳酸钙与高岭土的混合比例为50∶50。
对于混合物,每个性质列出了两个数据。首先是测定得到的性质,接着是根据100%组分的结果计算出的算术平均值(在括号内)。
组合物和涂覆条件如下表7表头所述,所得结果列于表7中。下表8总结了所观察到的协同作用。
表7
轻量涂布纸组成:10份Dow 950胶乳,0.3份Finnfix 5CMC,涂布:600m/min,45°刮刀角,轻量涂布基纸软砑光机:20m/min,1压区,300kN/m2,100℃ | ||||||||||||
纸片性质 | 印刷性质 | |||||||||||
色料 | 色料固体重量% | 纸片光泽度% | 纸片亮度ISO | 纸片不透光度ISO | 白度(-UV)(D65) | 涂布重量g/m2 | 印刷光泽度 | 印刷浓度 | ||||
干性 | 平印纸 | Snap | 干性 | 平印纸 | L/D | |||||||
单一颜料 | ||||||||||||
碳酸盐H | 66.5 | 55 | 76.3 | 86.0 | 64.3 | 8.5 | 68 | 63 | 13 | 1.42 | 1.41 | 0.99 |
碳酸盐G | 64.3 | 53 | 76.4 | 86.0 | 65.0 | 8.3 | 67 | 62 | 15 | 1.45 | 1.42 | 0.98 |
碳酸盐F | 64.3 | 48 | 76.7 | 85.5 | 65.0 | 8.3 | 65 | 59 | 17 | 1.42 | 1.40 | 0.99 |
碳酸盐I | 66.8 | 50 | 76.5 | 85.3 | 63.7 | 7.7 | 68 | 63 | 18 | 1.44 | 1.40 | 0.97 |
碳酸盐E | 67.1 | 53 | 77.1 | 86.4 | 64.3 | 8.1 | 71 | 68 | 18 | 1.43 | 1.40 | 0.98 |
碳酸盐C | 69.3 | 53 | 75.2 | 84.7 | 61.3 | 8.5 | 69 | 65 | 16 | 1.50 | 1.44 | 0.96 |
粘土H | 61.7 | 61 | 73.0 | 86.2 | 57.4 | 7.7 | 80 | 64 | 19 | 1.50 | 1.21 | 0.81 |
与粘土H的50∶50的混合物 | ||||||||||||
碳酸盐H | 63.8 | 63(58) | 75.5(74.7) | 87.0(86.1) | 62.8(60.9) | 7.4 | 78(74) | 65 | 15 | 1.46(1.46) | 1.37 | 0.94 |
碳酸盐G | 62.8 | 60(57) | 75.4(74.7) | 86.5(86.1) | 62.4(61.2) | 8.2 | 77(74) | 67 | 17 | 1.47(1.48) | 1.38 | 0.94 |
碳酸盐F | 62.6 | 57(54.5) | 75.7(74.9) | 86.7(85.9) | 62.6(61.2) | 7.7 | 76(72) | 64 | 19 | 1.45(1.46) | 1.36 | 0.94 |
碳酸盐I | 63.7 | 55(55.5) | 75.6(74.8) | 86.7(85.8) | 62.0(60.6) | 8.2 | 77(74) | 69 | 22 | 1.48(1.47) | 1.36 | 0.92 |
碳酸盐E | 64.1 | 55(57) | 76.0(75.1) | 87.2(86.3) | 62.4(60.9) | 7.9 | 77(76) | 66 | 22 | 1.45(1.47) | 1.34 | 0.92 |
碳酸盐C | 65.2 | 55(57) | 75.2(74.1) | 86.3(85.0) | 61.1(59.4) | 7.7 | 75(75) | 64 | 20 | 1.47(1.50) | 1.36 | 0.93 |
表8
色料 | 纸片光泽度% | 纸片亮度ISO | 纸片不透光度ISO | 白度(-UV)(D65) | 印刷光泽度 |
碳酸盐H | +5 | +0.8 | +0.9 | +1.9 | +4 |
碳酸盐G | +3 | +0.7 | +0.4 | +1.2 | +3 |
碳酸盐F | +3 | +0.8 | +0.8 | +1.4 | +4 |
碳酸盐I | 0 | +0.8 | +0.9 | +1.4 | +3 |
碳酸盐E | -2 | +0.9 | +0.9 | +1.5 | +1 |
碳酸盐C | -2 | +1.1 | +1.3 | +1.7 | 0 |
实施例5
在本实施例中,对涉及粘土G和文石沉淀碳酸钙的所述颜料混合物中第一组分∶第二组分的比例变化对协同作用影响进行了研究。
组合物和涂覆条件如下表9表头所述,所得结果列于表9中。下表10总结了所观察到的协同作用。
表9
轻量涂布纸组成:11份Dow950胶乳,0.3份Finnfix 5CMC涂布:600m/min,45°刮刀角,轻量涂布基纸超级砑光:标准胶印条件 | ||||
色料 | 色料固体重量% | 纸片光泽度% | 纸片亮度ISO | 纸片不透光度ISO |
碳酸盐J | 64.9 | 56 | 76.3 | 86.8 |
粘土G | 61.3 | 68 | 73.0 | 86.7 |
50∶50碳酸盐J∶粘土G | 62.6 | 66(62) | 75.5(74.7) | 87.4(86.8) |
75∶25碳酸盐J∶粘土G | 63.6 | 61(59) | 76.0(75.5) | 87.0(86.8) |
表10
色料 | 纸片光泽度% | 纸片亮度ISO | 纸片不透光度ISO |
50∶50混合物 | +4 | +0.8 | +0.6 |
75∶25混合物 | +2 | +0.5 | +0.2 |
实施例6
在本实施例中,对涉及粘土H和文石沉淀碳酸钙(PCC)的所述颜料混合物中第一组分∶第二组分的比例变化对协同作用影响进行了研究。下表11总结了所观察到的协同作用。
表11
轻量涂布纸组成:10份Dow 950胶乳,4份Cerestar(05598)淀粉+交联剂涂布:LDTA,1400m/min,48°刮刀角,0.381mm刮刀,轻量涂布基纸(39g/m2)超级砑光:800m/min,11压区,300kN/m2,100℃ | |||||||||
PCC/粘土H的比例 | 色料固体重量% | 纸片光泽面1 | 纸片光泽面2 | 纸片亮度ISO | 纸片不透光度ISO | 印刷光泽度 | 印刷浓度 | ||
干性 | 平印纸 | 干性 | L/D | ||||||
30∶7050∶50 | 56.659.7 | 6264 | 5459 | 71.672.4 | 91.892.1 | 7173 | 5963 | 1.431.47 | 0.87*0.92 |
70∶30 | 60.0 | 58 | 50 | 72.9 | 91.5 | 67 | 60 | 1.45 | 0.96 |
可见最佳效果在混合物比例约为50∶50时出现。下面的实施例均选用该比例。
实施例7
在本实施例中,将所选比例为50∶50的碳酸钙与下列的参比组合物进行比较:
碳酸盐F∶粘土K
碳酸盐I∶粘土K
碳酸盐K∶粘土K
组合物和涂覆条件如下表12表头所述。
表12
轻量涂布纸组成:10份Dow 950胶乳,4份Cerestar(05598)淀粉+交联剂涂布:LDTA,1400m/min,48°刮刀角,0.381mm刮刀,轻量涂布基纸(39g/m2)超级砑光:800m/min,11压区,300kN/m2,100℃ | |||||||||
色料(均为50∶50混合物) | 色料固体重量% | 纸片光泽面1 | 纸片光泽面2 | 纸片亮度ISO | 纸片不透光度ISO | 印刷光泽度 | 印刷浓度 | ||
干性 | 平印纸 | 干性 | L/D | ||||||
碳酸盐F/粘土H | 59.7 | 64 | 59 | 72.4 | 92.1 | 73 | 63 | 1.47 | 0.92 |
碳酸盐F/粘土K | 60.0 | 67 | 60 | 71.7 | 91.7 | 66 | 60 | 1.42 | 0.96 |
碳酸盐I/粘土K | 61.2 | 66 | 59 | 71.1 | 91.3 | 69 | 63 | 1.42 | 0.95 |
碳酸盐K/粘土K | 61.3 | 57 | 50 | 70.4 | 90.9 | 61 | 56 | 1.42 | 0.96 |
实施例8
在本例中,将碳酸盐M与粘土G及H以碳酸钙∶粘土为80∶20的比例混合得到的混合物与下列参比组合物进行比较:
碳酸盐M∶粘土K
碳酸盐K∶粘土K
碳酸盐L∶粘土K
碳酸盐I∶粘土K
使用了两种不同的表面涂覆技术,所得结果如下表13和表14中所示,并且所述组合物和涂覆条件分别如表头所述。
表13
表面涂布组成:10份Dow 950胶乳,0.3份Finnfix 5CMC和0.5份OBA涂布:LDTA,800m/min,弯刮刀(0.381mm),预涂布的无木基纸超级砑光:800m/min,11压区,300kN/m2,100℃ | |||||||||
色料均为80份碳酸盐 | 色料固体重量% | 纸片光泽度% | 纸片亮度ISO | 纸片不透明度ISO | 白度(+UV)D65 | 印刷光泽度 | 印刷浓度 | ||
干性 | 平印纸 | 干性 | L/D | ||||||
碳酸盐M/粘土H | 60.3 | 80 | 87.4 | 89.2 | 107.6 | 93 | 88 | 1.54 | 0.97 |
碳酸盐M/粘土G | 61.8 | 79 | 87.5 | 89.5 | 107.4 | 93 | 89 | 1.53 | 0.97 |
碳酸盐M/粘土K | 62.9 | 79 | 86.9 | 89.7 | 104.8 | 90 | 87 | 1.54 | 0.98 |
碳酸盐K/粘土K | 67.3 | 77 | 86.9 | 88.4 | 106.9 | 94 | 89 | 1.56 | 0.97 |
碳酸盐L/粘土K | 66.6 | 78 | 87.3 | 88.7 | 108.7 | 93 | 91 | 1.55 | 0.97 |
碳酸盐I/粘土K | 64.0 | 76 | 87.3 | 89.3 | 103.6 | 93 | 88 | 1.51 | 0.96 |
表14
表面涂布组成:10份Dow 950胶乳,0.3份Finnfix 5CMC和0.5份OBA涂布:600m/min,45°角,65g/m2未涂覆无木基纸软砑光:800m/min,1压区,300kN/m2,100℃ | ||||||||
色料 | 色料固体重量% | 纸片光泽度% | 粗糙度PPS5kPa | 纸片亮度ISO | 纸片不透明度ISO | 白度(+UV)D65 | 印刷浓度 | |
干性 | 平印纸 | |||||||
碳酸盐K/粘土K70∶30 | 68.3 | 76 | 0.68 | 81.4 | 86.4 | 92.9 | 91 | 87 |
碳酸盐M/粘土G50∶50 | 62.2 | 77 | 0.60 | 82.4 | 87.8 | 92.5 | 91 | 88 |
碳酸盐M/粘土G70∶30 | 65.1 | 74 | 0.73 | 83.2 | 87.4 | 95.7 | 90 | 87 |
实施例9
本实施例描述了在含有块状微粒状高岭土(粘土K)的颜料中文石沉淀碳酸钙和菱面体沉淀碳酸钙的比例为50∶50的混合物的性能。
在Heli-CoaterTM上用刮刀敷涂器以1200m/min的速度对75g/m2的经过预涂覆的无木基纸进行涂覆,所述涂覆在最大可运行的固体含量下运行。配方为83份碳酸盐和17份高岭土以及9份胶乳(4.5pph苯乙烯丙烯酸胶乳Acronal S360D;4.5pph苯乙烯丁二烯胶乳Dow DL940)、1份聚乙烯醇(PVOH)、0.6份OBA(Tinopal ABP)、0.3份CMC和0.6份硬脂酸钙,pH值为8.5。涂布的重量范围为8~12g/m2并将数据插值至10g/m2。
高岭土是粘土J和K。沉淀碳酸钙由碳酸盐A和B制备。结果如下表15所示。
表15
颜料 | 光泽度(TAPPI) | 亮度(ISO) | 不透光度(TAPPI) | 印刷亮度(TAPPI) | Snap(印刷光泽度-光泽度) |
常规细研磨沉淀碳酸钙/粘土K参比 | 79 | 91.8 | 88.3 | 88 | 9 |
菱面体/文石50∶50/粘土K | 78 | 92.1 | 89.4 | 89 | 11 |
如下表16所示,当将高岭土改为粘土J可以发现相似的性质。
表16
颜料 | 光泽度(TAPPI) | 亮度(ISO) | 不透光度(TAPPI) | 印刷光泽度(TAPPI) | Snap(印刷光泽度-印刷) |
菱面体/文石50∶50/粘土J | 78 | 92.1 | 89.4 | 89 | 11 |
上述数据阐明了使用1∶1重量/重量的文石沉淀碳酸钙与菱面体沉淀碳酸钙的混合物所具有的理想效果。与研磨碳酸钙参比物相比,该混合物产生-1单位的光泽度,+0.3单位的亮度,+1.1单位的不透光度,+1单位的印刷光泽度,并且与所述参比物+9的snap值相比,所述混合物的snap值为+11。
讨论
本发明的研究证实,当在纸涂布组合物中结合使用本发明的微粒状碳酸钙和微粒状高岭土时,在光泽度、亮度、不透光度和平滑度或至少其中某些性质之间可产生协同优势。
一般来说,在纸上在所有涂覆重量下均可以表现出所述优点。然而,当微粒状高岭土具有较高的形状系数,同时具有较低的平均等同颗粒直径且相对较高的陡度时,在高涂布重量时所述优点体现得更加明显。
一般来说,根据本发明优选采用文石沉淀碳酸钙作为颜料体系的第一组分。碳酸钙和高岭土的比例适宜为50∶50左右。
Claims (58)
1.一种颜料组合物,该颜料组合物含有:
(a)沉淀碳酸钙,所述沉淀碳酸钙含有形状主要选自文石型、主要选自菱面体型的颗粒或其混合物,和
(b)经处理的水合微粒状高岭土,所述高岭土具有大于等于25的形状系数且大于等于20的陡度。
2.如权利要求1所述的组合物,其中所述沉淀碳酸钙主要包含菱面体型沉淀碳酸钙。
3.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有小于0.8μm的平均等同颗粒直径d50。
4.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有小于0.7μm的平均等同颗粒直径d50。
5.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有至少0.2μm的平均等同颗粒直径d50。
6.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有0.25μm~0.45μm的平均等同颗粒直径d50。
7.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有0.4μm~0.6μm的平均等同颗粒直径d50。
8.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有以下的粒径分布:至少93重量%的颗粒具有小于2μm的等同球体直径。
9.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有以下的粒径分布:至少86重量%的颗粒具有小于1μm的等同球体直径。
10.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有以下的粒径分布:至少22重量%的颗粒具有小于0.5μm的等同球体直径。
11.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有以下的粒径分布:5重量%~25重量%的颗粒具有小于0.25μm的等同球体直径。
12.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有至少为90的GE亮度。
13.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有至少为92的GE亮度。
14.如权利要求2所述的组合物,其中所述高岭土具有大于25的形状系数。
15.如权利要求2所述的组合物,其中主要为菱面体型的沉淀碳酸钙具有以下的粒径分布:
至少93重量%的颗粒具有小于2μm的等同球体直径;
至少86重量%的颗粒具有小于1μm的等同球体直径;
至少22重量%的颗粒具有小于0.5μm的等同球体直径;和
5重量%~25重量%的颗粒具有小于0.25μm的等同球体直径。
16.如权利要求1所述的组合物,其中所述沉淀碳酸钙主要包含文石型沉淀碳酸钙。
17.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有小于0.8μm的平均等同颗粒直径d50。
18.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有小于0.7μm的平均等同颗粒直径d50。
19.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有至少0.2μm的平均等同颗粒直径d50。
20.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有0.25μm~0.45μm的平均等同颗粒直径d50。
21.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有以下的粒径分布:至少90重量%的颗粒具有小于2μm的等同球体直径。
22.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有以下的粒径分布:至少75重量%的颗粒具有小于1μm的等同球体直径。
23.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有以下的粒径分布:至少60重量%的颗粒具有小于0.5μm的等同球体直径。
24.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有以下的粒径分布:15重量%~40重量%的颗粒具有小于0.25μm的等同球体直径。
25.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有至少为90的GE亮度。
26.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有至少为92的GE亮度。
27.如权利要求16所述的组合物,其中所述高岭土具有大于25的形状系数。
28.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有以下的粒径分布:
至少90重量%的颗粒具有小于2μm的等同球体直径;
至少75重量%的颗粒具有小于1μm的等同球体直径;
至少60重量%的颗粒具有小于0.5μm的等同球体直径;和
15重量%~40重量%的颗粒具有小于0.25μm的等同球体直径。
29.如权利要求16所述的组合物,其中主要为文石型的沉淀碳酸钙具有以下的粒径分布:
至少95重量%的颗粒具有小于2μm的等同球体直径;
至少82重量%的颗粒具有小于1μm的等同球体直径;
至少66重量%的颗粒具有小于0.5μm的等同球体直径;和
23重量%~33重量%的颗粒具有小于0.25μm的等同球体直径。
30.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土具有大于30的形状系数。
31.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土具有大于35的形状系数。
32.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土具有大于45的形状系数。
33.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土具有小于0.5μm的平均等同颗粒直径d50。
34.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土具有0.1μm~0.5μm的平均等同颗粒直径d50。
35.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土具有大于0.5μm的平均等同颗粒直径d50。
36.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土具有0.5μm~1.5μm的平均等同颗粒直径d50。
37.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土具有25~45的陡度。
38.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土具有35~45的陡度。
39.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土含有至少50重量%的高岭石。
40.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土含有大于75重量%的高岭石。
41.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土含有大于90重量%的高岭石。
42.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土具有至少为85的GE亮度。
43.如权利要求1所述的组合物,其中所述高岭土具有至少为90的GE亮度。
44.如权利要求1所述的组合物,其中所述沉淀碳酸钙占全部组合物的至少40重量%。
45.如权利要求1所述的组合物,其中所述沉淀碳酸钙占全部组合物的至少70重量%。
46.如权利要求1所述的组合物,其中所述沉淀碳酸钙占所述组合物不超过75重量%。
47.一种纸和其他基材的涂布组合物,所述组合物含有由微粒状颜料和粘合剂所形成的水性悬浮液,其中所述微粒状颜料含有:
(a)沉淀碳酸钙,所述沉淀碳酸钙含有形状主要选自文石型、主要选自菱面体型的颗粒或其混合物,和
(b)经处理的水合微粒状高岭土,所述高岭土具有大于等于25的形状系数且大于等于20的陡度。
48.如权利要求47所述的组合物,其中所述粘合剂含有改性淀粉。
49.如权利要求47所述的组合物,所述组合物进一步含有选自以下成分的至少一种附加成分:交联剂;保水助剂;粘度调节剂和增稠剂;润滑/砑光助剂;分散剂;阻泡剂/消泡剂;干或湿粘附性能的改进添加剂;干或湿磨损性能和/或抗磨损性的改进添加剂;亮光油墨持留添加剂;光学增白剂和/或荧光增白剂;染料;杀菌剂/防腐剂;均化剂和匀浆剂;抗油脂和抗油添加剂;防水添加剂;附加颜料;和它们的混合物。
50.如权利要求49所述的组合物,所述组合物主要含有微粒状颜料、粘合剂和至少一种附加成分的水性悬浮液,其中其它成分低于10重量%。
51.一种含有微粒状颜料和粘合剂的水性悬浮液的涂布组合物的制备方法,其中所述微粒状颜料含有沉淀碳酸钙和经处理的水合微粒状高岭土,所述沉淀碳酸钙含有形状主要选自文石型、主要选自菱面体型的颗粒或其混合物,所述高岭土具有大于等于25的形状系数且大于等于20的陡度,所述方法包括:
将微粒状颜料与粘合剂混入水性液体介质中,以制备其中含有固体成分的悬浮液。
52.一种制备涂布光泽纸的方法,所述方法包括:
对纸施加含有微粒状颜料和粘合剂的水性悬浮液的组合物以对纸进行涂覆,其中所述微粒状颜料含有沉淀碳酸钙和经处理的水合微粒状高岭土,所述沉淀碳酸钙含有形状主要选自文石型、主要选自菱面体型的颗粒或其混合物,所述高岭土具有大于等于25的形状系数且大于等于20的陡度,和
对纸进行砑光以在其上形成光泽涂层。
53.一种涂覆有光泽涂层的纸,所述纸上包含含有微粒状颜料和粘合剂的水性悬浮液的组合物的干燥残留物,其中所述微粒状颜料含有沉淀碳酸钙和经处理的水合微粒状高岭土,所述沉淀碳酸钙含有形状主要选自文石型、主要选自菱面体型的颗粒或其混合物,所述高岭土具有大于等于25的形状系数且大于等于20的陡度。
54.如权利要求53所述的纸,所述纸为涂布机械木浆纸。
55.如权利要求53所述的纸,所述纸为经涂覆的轻量涂布纸。
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