CN100436709C - 纸张涂料组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于控制纸张涂布中有机着色颜料的渗色牢度的组合物,所述组合物包含:a)占组合物总重量的1到30%重量的有机着色颜料,b)占组合物总重量的1到20%重量的一种或多种粘合剂,c)占组合物总重量的0到20%重量的淀粉,d)占组合物总重量的0到10%重量的阴离子直接染料,e)占组合物总重量的0到10%重量的一种或多种助剂和,f)平衡量的水,使总量为100%。本发明也涉及涂布方法和所述组合物的用途。
Description
本发明涉及用于控制纸张涂布中有机着色颜料的渗色牢度的组合物、方法和所述组合物在纸张涂料组合物中的用途,更具体地说组合物中的具体粘合剂控制涂布到纸张上的有机颜料的渗色牢度的用途。
WO 98/39514描述了纸张涂布方法,其中涂料组合物包含粘合剂,其中所述粘合剂包含水不溶性组分和水溶性组分的稳定的水性分散体。水不溶性组分包含可聚结的聚合物颗粒,所述颗粒的Tg小于55℃且多数颗粒的颗粒尺寸小于1微米。水溶性组分包含能够抑制所述聚合物颗粒聚结的水溶性聚合物,或者水溶性聚合物和能够抑制所述聚合物颗粒聚结的组分。其中所述水不溶性组分在粘合剂固体中的重量比大于3%且小于75%,所述水溶性组分在粘合剂固体中的重量比大于25%且小于97%。该发明方法是为在施胶压榨机上涂布的中定量和高定量纸提供改善的折叠裂缝属性而对其他重要属性或造纸工艺的生产能力没有不良影响。
上述方法提出使用的颜料的范围仅考虑无机颜料。它没有提出使用有机颜料,也没有提出伴随有机颜料(即纸张表面着色的着色剂)而出现的渗色问题。本发明解决了这个问题。
本发明提供了用于控制纸张涂布中有机着色颜料的渗色牢度的组合物,所述组合物包含:
a)占组合物总重量的1到30%重量,优选2到25%的有机着色颜料;
b)占组合物总重量的1到20%重量,优选2到10%的一种或多种粘合剂;
c)占组合物总重量的0到20%重量,优选0到10%的淀粉;
d)占组合物总重量的0到10%重量的阴离子直接染料;
e)占组合物总重量的0到10%重量的一种或多种助剂;和
f)平衡量的水,使总量为100%。
有机着色颜料可包含如Colour Index International,Pigments andSolvent Dyes(国际染料索引,颜料和溶剂染料)(The Society of Dyersand Colourists(英国染色师学会),1997)所述的各种化学组成。这类颜料的实例以及它们的C.I.组成编号如亚硝基化合物(10000-10299)、硝基化合物(10300-10999)、单偶氮(11000-19999)和双偶氮(20000-29999)颜料、均二苯乙烯(40000-40799)、二苯甲烷(41000-41999)、三芳基甲烷(42000-44999)、呫吨(45000-45999)、吖啶(46000-46999)、喹啉(47000-47999)、次甲基(48000-48999)、噻唑(49000-49399)、吲达胺(49400-49699)、靛酚(49700-49999)、吖嗪(50000-50999)、噁嗪(51000-51999)、thaizines(52000-52999)、氨基酮(56000-56999)、蒽醌(58000-72999)、靛类衍生物(73000-73999)和酞菁(74000-74999)。
本发明优选的粘合剂组分b)包含水不溶性组分和水溶性组分的稳定的水性分散体,其中水不溶性组分包含可聚结的聚合物颗粒,所述颗粒的Tg小于55℃且至少50%的颗粒的颗粒尺寸小于1微米。水溶性组分包含能够抑制所述聚合物颗粒聚结的水溶性聚合物,或者水溶性聚合物和能够抑制所述聚合物颗粒聚结的组分。其中所述水不溶性组分在粘合剂固体中的重量比大于3%且小于75%,所述水溶性组分在所述粘合剂固体中的重量比大于25%且小于97%。这类粘合剂及其相关的定义公开于例如美国专利5,416,181中。特别优选的粘合剂为例如得自Penfold Products Company的名称为Pensize的淀粉苯乙烯/丁二烯共聚物,Pensize730的产品特别合适。
或者,本发明的组分b)可包含衍生自一种或多种二烯和/或不饱和单体的水不溶性合成聚合物,这类产品称为合成胶乳。适于制备胶乳的二烯单体的实例可包括1,3-丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯、环丁二烯和二乙烯基苯。合适的不饱和单体可包括丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸羟烷基酯、烷基乙烯基酮、取代丙烯酰胺、甲基丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸2-羟乙酯、巴豆酸、衣康酸、富马酸、马来酸、马来酸酐、乙烯基卤、亚乙烯基二卤、乙烯基酯、乙烯基醚、乙烯咔唑、N-乙烯吡咯烷酮、乙烯基吡啶、氯苯乙烯、烷基苯乙烯、乙烯、丙烯、异丁烯、乙烯基三乙氧基硅烷和三苯基乙烯基硅烷。优选的单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、二甲氨基丙基丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺、马来酸酐、包括乙烯基三甲基硅烷的单乙烯基硅化合物、乙基乙烯基醚、氯苯乙烯、乙烯基吡啶、丁基乙烯基醚、丙烯酸2-乙基己酯、异戊二烯和氯丁二烯,特别优选偏二氯乙烯、丁基乙烯基醚和苯乙烯。最优选的胶乳衍生自苯乙烯和丁二烯。
当组合物中有淀粉时,用作本发明组合物的粘合剂组分c)的淀粉材料实际上包括所有植物来源的稀释淀粉,包括得自玉米、小麦、马铃薯、木薯、米、西米和高粱的淀粉。蜡质和高直链淀粉也适用。淀粉可通过酸水解、氧化水解或酶降解来稀释。进一步衍生的淀粉也适用,包括例如淀粉醚、淀粉酯、交联淀粉、氧化淀粉和氯化淀粉、羧甲基纤维素和羟乙基甲基纤维素。
组合物可另外包含阴离子直接染料,所述染料选自适合纸张染色的染料,如The Colour Index International(The Society of Dyers andColourists,1971年,第2005-2478页)所述。除单偶氮、均二苯乙烯、噁嗪、噻唑和酞菁染料外,多数这些染料属于双偶氮、三偶氮和多偶氮类化合物。这类产品得自Ciba Specialty Chemicals,以Pergasol系列销售,例如PergasolRed 2G(C.I.直接红239)和PergasolTurquoise GN(C.I.直接蓝86)。加入这类阴离子直接染料是有益的,因为这样可使用较少量的着色颜料来获得所要求的彩色密度,从而对降低成本有利。
此外,本发明的组合物可进一步包含选自固色剂、其他的粘合剂和粘合剂用的树脂、不溶解剂和/或交联剂,阴离子、阳离子和中性的聚合物、湿强度剂、消泡剂和杀生物剂的助剂。合适的助剂可包括例如聚乙烯亚胺及其衍生物、无机盐(例如氯化钠、氯化镁和氯化钾、明矾)、氯化二烯丙基二甲铵聚合物、聚酰胺胺树脂(polyamideamine resins)、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮及其均聚物和共聚物、聚酯和聚醚、乙二醛衍生物、单乙醇胺、丙烯酸/丙烯酸烷基酯共聚物和苯乙烯/丙烯酸酯共聚物。
还有一方面,本发明提供了一种通过将以上定义的组合物涂布到纸张来控制纸张涂料组合物中的有机着色颜料的渗色牢度的方法。所述组合物优选在施胶压榨机或通过在线涂布机涂布到纸幅(干燥到约80-95%的固体)上。或者,组合物可通过机外涂布方法(例如通过喷涂、幕式淋涂或通过常规涂布方法)在纸张完全干燥时涂布。这类涂布方法见述于Tappi International于2000年出版的由E.Lehtinen编著的“Pigment Coating and Surface Sizing of Papers(颜料涂料和纸张表面施胶)”。因此,本发明的再一个方面是如上面所公开的组合物用于控制纸张涂料组合物中的有机着色颜料的渗色牢度的用途和用组合物处理的纸张。
在大多数情况下使用包含作为组分b)的粘合剂的组合物相比没有使用这种粘合剂的涂料显著改善了渗色牢度,并使涂料的着色强度明显更高。
以下实施例进一步举例说明本发明,但并无意对其作出限制。
实施例
制备施胶压榨浴,每个浴总重100g,其中50g是10%的氧化马铃薯淀粉溶液。
将各个浴依次加入到Werner Mathis施胶压榨机上并通过白色原纸样品来制备着色纸。
原纸的组成为:
70% 漂白阔叶木硫酸盐浆
30% 漂白针叶木硫酸盐浆
装料10%保留白土加1%保留白垩
胶料0.5%拟中性胶料(Hercat 27JP4),用明矾调节到pH 6.0-6.5
这种原纸在University of Manchester Institute of Science andTechnology(曼彻斯特大学科技学院)用试验纸机制备。
检查每次施胶压榨湿涂层量(依产品而不同,但一般来说为40%,Pensize 730占纸张重量的约2%)并在红外干燥器中以完全干燥所要求的最短时间来干燥。
在下列表格中,各组分的百分数计算考虑湿涂层量,因此代表其实际存在于纸张中的百分数,基于纸张重量计算。着色剂,颜料和直接染料根据它们的如上所述的染料索引(C.I.)号来定义。
表1
实施例编号 | %着色剂 | 组合物 | 渗色牢度 |
1 | 3.3%颜料黄1 | 2%淀粉 | 4 |
2 | 3.6%颜料黄1 | 2%淀粉2%Pensize 730 | 5 |
3 | 1.8%颜料黄13 | 2%淀粉 | 3-4 |
4 | 2.0%颜料黄13 | 2%淀粉2%Pensize 730 | 5 |
5 | 1.3%颜料黄83 | 2%淀粉 | 3-4 |
6 | 1.4%颜料黄83 | 2%淀粉2%Pensize 730 | 5 |
7 | 2.9%颜料红2 | 2%淀粉 | 3-4 |
8 | 4.2%颜料红2 | 2%淀粉2%Pensize 730 | 4-5 |
9 | 6.4%颜料红5 | 2%淀粉 | 3 |
10 | 6.8% | 2%淀粉 | 5 |
颜料红5 | 2%Pensize730 | ||
11 | 8.0%颜料红81 | 2%淀粉 | 2 |
12 | 8.8%颜料红81 | 2%淀粉2%Pensize 730 | 2-3 |
13 | 2.6%颜料紫23 | 2%淀粉 | 3 |
14 | 2.8%颜料紫23 | 2%淀粉2%Pensize730 | 4-5 |
15 | 2.5%颜料紫3 | 2%淀粉 | 2-3 |
16 | 2.7%颜料紫3 | 2%淀粉2%Pensize 730 | 3 |
17 | 3.3%颜料蓝15 | 2%淀粉 | 4 |
18 | 3.6%颜料蓝15 | 2%淀粉2%Pensize 730 | 5 |
19 | 3.2%颜料绿7 | 2%淀粉 | 3-4 |
20 | 3.5%颜料绿7 | 2%淀粉2%Pensize 730 | 4-5 |
21 | 2.9%颜料绿8 | 2%淀粉 | 5 |
22 | 3.2%颜料绿8 | 2%淀粉2%Pensize 730 | 5 |
23 | 0.9%颜料黑7 | 2%淀粉 | 5 |
24 | 2.0%颜料黑7 | 2%淀粉2%Pensize730 | 5 |
上表所述的渗色牢度通过如下评估:
将着色纸样品置于用去离子水浸湿的白色吸墨纸之间;将这些吸墨纸置于玻璃板之间并将整体包裹于薄膜中;将1千克的重量压在玻璃板上并整体保持24小时;
24小时后,吸墨纸用空气干燥并在干燥时参考ISO 105-A031993,用标准灰色色标来评估渗色。
这种灰度色标是强度逐渐增强的灰色涂层色调的等级范围。将每个样品与白色涂层样品相邻放置,由此获得对比度增量。色标从第5级(观察不到任何对比度,实际为2个白色涂层样品的对比)至第1级(观察到明显的对比度)分成5个等级。将源自着色样品的渗色与色标比较,将与白色吸墨纸/渗色对比度最为一致的灰/白对比度作为纸张的渗色牢度等级。灰色色标用“半单位”描述,即1-2、2-3、3-4、4-5。
非常明显,在染料浴制剂中加入Pensize 730在所有样品上均有改善作用,观察到渗色的样品没有使用粘合剂。
所要求保护的涂料组合物应用到137重量文件封套用纸的进一步的实例见下表2。涂料按与前表1类似的方法制备,但在一些情况下不使用氧化马铃薯淀粉或用其他常规的工业粘合剂来代替它。在这些情况下,渗色牢度的所有灰色色标评估在纸张的顶部和底部进行并分部表示,例如3-4/4表示顶部值为3-4而底部值为4。
表2
实施例编号 | %着色剂 | 组合物 | 渗色牢度 |
25 | 2.0%颜料蓝15.3 | 7%淀粉 | 2-3/3 |
26 | 2.0&颜料蓝15.3 | 5%Pensize 730 | 5/5 |
27 | 3.4%颜料蓝15.3+1.1%颜料蓝15 | 12%Pensize 730 | 5/5 |
28 | 2.25%颜料蓝15.3+1.5%颜料蓝15 | 15%Pensize 730 | 5/5 |
29 | 1.2%颜料红5+1.9%直接红239 | 1%单乙醇胺+7.5%PAA<sup>a)</sup> | 3-4/4 |
30 | 1.2%颜料红5+1.9%直接红239 | 1%单乙醇胺+7.5%PAA<sup>a)</sup>+15%Pensize 730 | 4-5/4-5 |
31 | 4%颜料红5 | 7%淀粉 | 2-3/3 |
32 | 4%颜料红5 | 5%Pensize 730 | 5/5 |
33 | 4%颜料红5 | 15%Pensize 730 | 5/5 |
34 | 3%颜料蓝15+3%直接蓝86 | 15%Pensize 730+碳酸钠(至pH9.5) | 3/3 |
35 | 3%颜料蓝15+3%直接蓝86 | 1%单乙醇胺+10%PAA<sup>a)</sup> | 4-5/4-5 |
36 | 3%颜料蓝15+3%直接蓝86 | 1%单乙醇胺+7.5%PAA<sup>a)</sup>+12%Pensize730 | 4/4 |
37 | 2.5%颜料黄14 | 5%Pensize 730 | 4-5/4-5 |
脚注:a)PAA是得自Clariant的名为CartaretinF-4的聚酰胺胺树脂粘合剂。
下表3总结了证明本发明的胶乳基和改性淀粉基(Pensize)制剂在提高着色剂涂料的渗色牢度和颜色强度的效果的进一步实验的结果。
下表中“RD%”表示在0.2标准深度染色的相对着色强度。
表3
通过采用表4所示的组合物也可获得具有优异的渗色牢度和高彩色密度的类似的涂料。
表4
脚注:
b)乙二醛衍生物用作不溶解剂并可通过商业途径获得
Claims (15)
1.一种用于控制纸张涂布中有机着色颜料的渗色牢度的组合物,所述组合物包含:
a)占组合物总重量的1到30%重量的有机着色颜料,
b)占组合物总重量的1到20%重量的一种或多种除淀粉以外的粘合剂,
c)占组合物总重量的2到20%重量的淀粉,
d)占组合物总重量的0到10%重量的阴离子直接染料,
e)占组合物总重量的0到10%重量的一种或多种助剂,和
f)平衡量的水,使总量为100%。
2.权利要求1的组合物,其中所述有机着色颜料选自英国染色师学会于1997年公布的国际染料索引所述的颜料:C.I.组成编号为10000-10299的亚硝基化合物、C.I.组成编号为10300-10999的硝基化合物、C.I.组成编号为11000-19999的单偶氮颜料、C.I.组成编号为20000-29999的双偶氮颜料、C.I.组成编号为40000-40799的均二苯乙烯、C.I.组成编号为41000-41999的二苯甲烷、C.I.组成编号为42000-44999的三芳基甲烷、C.I.组成编号为45000-45999的呫吨、C.I.组成编号为46000-46999的吖啶、C.I.组成编号为47000-47999的喹啉、C.I.组成编号为48000-48999的次甲基、C.I.组成编号为49000-49399的噻唑、C.I.组成编号为49400-49699的吲达胺、C.I.组成编号为49700-49999的靛酚、C.I.组成编号为50000-50999的吖嗪、C.I.组成编号为51000-51999的噁嗪、C.I.组成编号为52000-52999的噻嗪、C.I.组成编号为56000-56999的氨基酮、C.I.组成编号为58000-72999的蒽醌、C.I.组成编号为73000-73999的靛类衍生物和C.I.组成编号为74000-74999的酞菁。
3.权利要求1或2的组合物,其中粘合剂组分b)包含水不溶性组分和水溶性组分的稳定的水性分散体,其中所述水不溶性组分包含可聚结的聚合物颗粒,所述颗粒的Tg小于55℃且至少50%的颗粒的颗粒尺寸小于1微米,水溶性组分包含能够抑制所述聚合物颗粒聚结的水溶性聚合物,或者水溶性聚合物和能够抑制所述聚合物颗粒聚结的组分,其中所述水不溶性组分在粘合剂固体中的重量比大于3%且小于75%,所述水溶性组分在所述粘合剂固体中的重量比大于25%且小于97%。
4.权利要求1或2的组合物,其中粘合剂组分b)为衍生自一种或多种二烯和/或不饱和单体的水不溶性合成聚合物,即胶乳。
5.权利要求1到5中任一项的组合物,其中所述阴离子直接染料选自适用于纸张染色的染料。
6.权利要求1到5中任一项的组合物,其中所述助剂选自固色剂、粘合剂用的树脂、交联剂,湿强度剂、消泡剂和杀生物剂。
7.权利要求1到5中任一项的组合物,其中所述助剂选自阴离子、阳离子和中性的聚合物。
8.一种用于控制纸张涂布中有机着色颜料的渗色牢度的组合物,所述组合物包含:
a)占组合物总重量的1到30%重量的有机着色颜料,
b)占组合物总重量的1到20%重量的一种或多种粘合剂,所述粘合剂为淀粉苯乙烯/丁二烯共聚物,
c)占组合物总重量的0到20%重量的淀粉,
d)占组合物总重量的0到10%重量的阴离子直接染料,
e)占组合物总重量的0到10%重量的一种或多种助剂,和
f)平衡量的水,使总量为100%。
9.权利要求8的组合物,其中所述有机着色颜料选自英国染色师学会于1997年公布的国际染料索引所述的颜料:C.I.组成编号为10000-10299的亚硝基化合物、C.I.组成编号为10300-10999的硝基化合物、C.I.组成编号为11000-19999的单偶氮颜料、C.I.组成编号为20000-29999的双偶氮颜料、C.I.组成编号为40000-40799的均二苯乙烯、C.I.组成编号为41000-41999的二苯甲烷、C.I.组成编号为42000-44999的三芳基甲烷、C.I.组成编号为45000-45999的呫吨、C.I.组成编号为46000-46999的吖啶、C.I.组成编号为47000-47999的喹啉、C.I.组成编号为48000-48999的次甲基、C.I.组成编号为49000-49399的噻唑、C.I.组成编号为49400-49699的吲达胺、C.I.组成编号为49700-49999的靛酚、C.I.组成编号为50000-50999的吖嗪、C.I.组成编号为51000-51999的噁嗪、C.I.组成编号为52000-52999的噻嗪、C.I.组成编号为56000-56999的氨基酮、C.I.组成编号为58000-72999的蒽醌、C.I.组成编号为73000-73999的靛类衍生物和C.I.组成编号为74000-74999的酞菁。
10.权利要求8或9的组合物,其中所述阴离子直接染料选自适用于纸张染色的染料。
11.权利要求8到10中任一项的组合物,其中所述助剂选自固色剂、粘合剂用的树脂、交联剂,湿强度剂、消泡剂和杀生物剂。
12.权利要求8到10中任一项的组合物,其中所述助剂选自阴离子、阳离子和中性的聚合物。
13.一种控制纸张涂料组合物中的有机着色颜料的渗色牢度的方法,所述方法通过用权利要求1到12中任一项所定义的组合物涂布纸张。
14.权利要求1到12中任一项的组合物在控制纸张涂料组合物中的有机着色颜料的渗色牢度中的用途。
15.一种纸张,所述纸张经过权利要求1到12中任一项所定义的组合物的处理。
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