CN101939172B

CN101939172B - 耐磨介质

Info

Publication number: CN101939172B
Application number: CN200880126094XA
Authority: CN
Inventors: Q·孙; Y·苏吉莫托
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-10-27
Also published as: CA2711960A1; PT2244886E; TW200930770A; EP2244886B1; ES2397244T3; IL206938A0; US20110111143A1; AR069308A1; WO2009073070A1; CL2008003586A1; EP2244886A1; CN101939172A

Abstract

本发明公开了耐磨介质、用于制造此类介质的组合物和使用该介质的方法。

Description

耐磨介质

发明领域

本发明涉及耐磨介质(abrasion resistant media)、用于制造此类介质的组合物和使用该介质的方法。

发明背景

在喷墨介质市场上需要具有高孔隙体积和吸墨性并同时保持其它合意性质，如光密度、光泽、透明度、图像清晰度等的耐磨介质。在本领域还需要用于制造该耐磨介质的组合物。

发明内容

本发明通过发现新介质涂料制剂和由其制成的介质来解决上文论述的某些困难和问题。该组合物包括两种不同形状的金属氧化物粒子，一种具有不对称形状而另一种具有对称形状。

在一个示例性实施方案中，本发明的耐磨墨水接收介质(abrasionresistant ink receiving media)包含基底(substrate)；和在该基底上的包含多孔金属氧化物粒子和非多孔金属氧化物粒子的墨水接收层(inkreceiving layer)，其中该墨水接收层与不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层相比具有更大的耐磨性和相等或更大的孔隙体积。该粒子之一可以是不对称的，另一种是基本对称的。该粒子可以具有不同的化学组成和不同的物理结构。

在进一步的示例性实施方案中，本发明的耐磨墨水接收介质包含基底；和在该基底上的包含多孔氧化铝粒子和非多孔金属氧化物粒子的墨水接收层；其中该墨水接收层与不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层相比具有更大的耐磨性和相等或更大的孔隙体积。在示例性实施方案中，该墨水接收层具有在30-35克/平方米的单位涂覆重量下大于或等于大约0.25立方厘米/克孔隙体积的汞孔隙率(使用ASTM UOP578-02测量)，这比不含非多孔粒子的、基于氧化铝的墨水接收层高大约1-10％。该粒子之一可以是不对称的，另一种是基本对称的。该粒子可以具有不同的化学组成和不同的物理结构。

在另一示例性实施方案中，本发明的耐磨墨水接收介质包含基底；在该基底上的包含多孔金属氧化物粒子和非多孔金属氧化物粒子的墨水接收层；和在该墨水接收层上的印刷的、颜料化的墨水层；其中该墨水接收层具有大于不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层的耐擦除性(rub off resistance)。

在进一步的示例性实施方案中，本发明的耐磨墨水接收介质包含基底；在该基底上的包含多孔金属氧化物粒子和非多孔金属氧化物粒子的墨水接收层；其中该墨水接收层具有大于不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层的吸墨速度。

在另一示例性实施方案中，本发明的墨水接收介质制剂包含粘合剂；多孔金属氧化物粒子和非多孔金属氧化物粒子；其中由所述制剂形成的墨水接收层与不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层相比具有更大的耐磨性和相等或更大的孔隙体积。该多孔粒子可以是不对称的，该非多孔粒子可以是对称的。该粒子可以具有不同的化学组成和不同的物理结构。

制造本发明的墨水接收介质制剂的示例性方法包括形成被涂覆的基底，其包括下列步骤：提供具有第一表面的基底；将该制剂涂覆到该基底的第一表面上；和干燥该被涂覆的基底。所得被涂覆的基底特别可用作含色料的组合物如墨水组合物的可印刷基底。

在另一示例性实施方案中，本发明的墨水接收介质分散体包含溶剂；多孔金属氧化物粒子和非多孔金属氧化物粒子；其中由所述分散体形成的墨水接收层与不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层相比具有更大的耐磨性和相等或更大的孔隙体积。该粒子可以具有不同的化学组成和不同的物理结构。

本发明进一步涉及形成该示例性墨水接收分散体的方法。一种示例性方法包括形成金属氧化物粒子在水中的分散体，包括下列步骤：将最多40重量％的金属氧化物粒子添加到水中，其中重量百分数基于该分散体的总重量；将酸添加到该分散体中以将该分散体的pH降至低于大约5.0，典型地低于或等于大约4.0。所得分散体合意地具有小于大约100cps、合意地小于大约80cps的粘度。

在阅读下列所公开的实施方案的详述和所附权利要求后会明显看出本发明的这些和其它特征和优点。

附图说明

图1描绘了本发明的示例性制品的横截面图，其中该示例性制品包含至少一个含金属氧化物粒子的层；

图2描绘了本发明的墨水接收层的扫描电子显微照片；

图3描绘了本发明的不对称粒子的透射电子显微照片(TEM)；

图4描绘了传统介质的横截面图，其中该印刷的介质在其表面上包含多个颜料化的墨水(pigmented ink)层；且

图5描绘了本发明的示例性制品的横截面图，其中该示例性制品包含至少一个含金属氧化物粒子的层，且其中印刷的、颜料化的墨水渗透该表面进入粒子间孔隙。

具体实施方式

为了有利于理解本发明的原理，接下来描述本发明的具体实施方案，并用专用语描述具体实施方案。然而要理解的是，专用语的使用不是要限制本发明的范围。如本发明所属领域的普通技术人员常想到的那样，考虑了所述本发明的原理的变体、进一步变化和此类进一步应用。

必须注意，本文中和所附权利要求中所用的单数形式“a”、“and”和“该/所述”包括复数对象，除非文中明确地另行规定。因此，例如，提及“氧化物”包括多种此类氧化物，提及“氧化物”包括提及本领域技术人员已知的一种或多种氧化物及其对等物，诸如此类。

在描述本公开的实施方案时使用的修饰例如组合物中成分的量、浓度、体积、处理温度、处理时间、回收率或收率、流速和类似值，及其范围的“大约”是指能够例如通过典型测量和处理程序；通过这些程序中的无意错误；通过用于进行该方法的成分中的差异；以及类似的近似考虑因素而发生的数字量的变化。术语“大约”还包括因具有特定初始浓度的制剂或混合物的时效而不同的量，和因混合或处理具有特定初始浓度的制剂或混合物而不同的量。无论是否用术语“大约”修饰，所附权利要求包括这些量的等效值。

本文所用的术语“多孔”是指具有显著孔隙率，即大于大约0.6立方厘米/克的孔隙率的金属氧化物粒子，术语“非多孔”是指几乎或完全没有孔隙率，即具有小于大约0.05立方厘米/克的孔隙率的金属氧化物粒子。多孔粒子的实例包括勃姆石氧化铝、硅胶和沉淀氧化硅，非多孔粒子的实例包括胶态氧化硅。

本发明涉及墨水接收介质和适于制造墨水接收介质的制剂和分散体。本发明进一步涉及制造墨水接收介质的方法，以及墨水接收法。下面提供对示例性墨水接收介质、用于制造墨水接收介质的制剂和分散体，以及制造墨水接收介质、制剂和分散体的方法的描述。

本发明的墨水接收介质具有能使该介质与已知墨水接收介质相比提供一种或多种优点的物理结构和性质。

在一个示例性实施方案中，墨水接收介质分散体包含溶剂；多孔金属氧化物粒子和非多孔金属氧化物粒子；其中由所述分散体形成的墨水接收层与不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层相比具有更大的耐磨性和基本相等或更大的孔隙体积。本文所用的术语“基本”是指在墨水接收层总孔隙体积的大约1至大约10％内。该粒子可以与不对称的多孔粒子具有不同形状。第二粒子可以是对称或不对称的，只要其在不降低所得墨水接收层的孔隙率的情况下在该涂层中提供所需结合效果。

本文所用的与粒子几何形状相关的“不对称”是指纵横比大于1的那些粒子。本文所用的术语“纵横比”用于描述在(i)粒子的平均最大粒子尺寸和(ii)粒子的平均最大横截面粒子尺寸之间的比例，其中横截面粒子尺寸基本垂直于粒子的最大粒子尺寸。

本发明的不对称粒子典型地具有至少大约1.1的纵横比，如例如使用透射电子显微(TEM)技术测得。在本发明的一些实施方案中，所述不对称粒子具有至少大约1.1(或至少大约1.2，或至少大约1.3，或至少大约1.4，或至少大约1.5，或至少大约1.6)的纵横比。典型地，该不对称粒子具有大约1.1至大约12、更典型地大约1.1至大约3.0的纵横比。

该粒子可以具有相同或不同的化学组成，并可以具有相同或不同的物理结构。该粒子可以由金属氧化物、硫化物、氢氧化物、碳酸盐、硅铝酸盐、硅酸盐、磷酸盐等构成，但优选为金属氧化物。本文所用的“金属氧化物”是指以金属为阳离子和以氧为阴离子的二元氧化合物。该金属还可以包括类金属。金属包括周期表上由硼画到钋的对角线左侧上的那些元素。类金属或半金属包括在该线上的那些元素。金属氧化物的实例包括氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆等及其混合物。该粒子可以具有相同或不同的物理形式或结构。例如，该粒子可以是非晶或晶态的，干燥或液体形式的，并可以是火成的、胶态的、沉淀的、凝胶等等。该金属氧化物粒子优选包含晶态的第一粒子和非晶的第二粒子，比如例如勃姆石氧化铝第一粒子和胶态氧化硅第二粒子。

本发明的该实施方案中的多孔金属氧化物粒子典型地具有例如使用透射电子显微(TEM)技术测得的至少大约1.1的纵横比。该粒子的最小尺寸——板条的第三侧边，可以为大约3纳米至大约15纳米，典型地大约5纳米至大约12纳米，更典型地大约6纳米至大约10纳米。在本发明的一些实施方案中，氧化铝粒子具有至少大约1.1(或至少大约1.2，或至少大约1.3，或至少大约1.4，或至少大约1.5，或至少大约1.6)的纵横比。典型地，氧化铝粒子具有大约1.1至大约12，更典型地大约1.1至大约3.0的纵横比。

本发明的多孔粒子还具有至少大约120平方米/克的通过BET法(即布鲁诺-埃梅特-特勒法)测得的表面积。在本发明的一个示例性实施方案中，多孔粒子具有大约150平方米/克至大约190平方米/克的BET表面积。在本发明的进一步示例性实施方案中，多孔粒子具有大约172平方米/克的BET表面积。

本发明的多孔金属氧化物粒子还具有使该粒子成为组合物，如涂料组合物中，的合意组分的孔隙体积。典型地，该多孔粒子具有至少大约0.40立方厘米/克，更典型地0.60立方厘米/克的通过氮孔隙率测定法测得的孔隙体积。在本发明的一个示例性实施方案中，该多孔粒子具有至少大约0.70立方厘米/克的通过氮孔隙率测定法测得的孔隙体积。合意地，多孔粒子具有大约0.70至大约0.85立方厘米/克的通过氮孔隙率测定法测得的孔隙体积。

可以使用例如可购自Quantachrome Instruments(Boynton Beach，FL)的Autosorb 6-B装置测量孔隙体积和表面积。典型地，在大约150℃干燥和在真空(例如50毫托)下在150℃脱气大约3小时后测量多孔粉末的孔隙体积和表面积。

即使在本发明中可以使用任何多孔金属氧化物粒子，但在示例性实施方案中，多孔粒子包含勃姆石氧化铝，如美国临时专利申请系列号60/749,380中所述的那些。该氧化铝粒子具有不对称粒子形状，不同于具有球形粒子形状的已知氧化铝粒子。该不对称粒子形状典型地为平均最大粒子尺寸(即长度尺寸)大于任何其它粒子尺寸(例如基本垂直于该平均最大粒子尺寸的横截面尺寸)的细长粒子形状，并优选为板条形状。如本文中所定义的，“板条”是指其横截面本身为矩形的形状，以可以区别于具有对称横截面的棒状或针状形状。该粒子的最小尺寸，即板条的第三侧边，可以为大约3纳米至大约15纳米，典型地大约5纳米至大约12纳米，更典型大约6纳米至大约10纳米。典型地，本发明的氧化铝粒子具有小于大约1微米，更典型小于大约500纳米且再更典型小于300纳米的平均最大粒子尺寸。在本发明的一种所需实施方案中，该氧化铝粒子具有大约50至大约600纳米，更合意地大约70至大约150纳米的平均最大粒子尺寸。如与其长度相比该粒子的大宽度所示，图3中的TEM显示了本发明的粒子的板条形状。

如使用X射线衍射(XRD)技术，例如在等于1.54埃的波长下使用PANalytical MPD DW3040 PRO Instrument(可购自PANalytical B.V.(荷兰))测得的那样，本发明的氧化铝粒子(胶溶的和非胶溶的)具有典型地最大晶态尺寸最高为大约100埃的晶态结构。使用例如Scherrer方程式获得晶态尺寸。在本发明的一个示例性实施方案中，本发明的氧化铝粒子具有由120XRD反射测得的大约10至大约50埃，典型地大约30埃的晶态尺寸，和由020XRD反射测得的大约30至大约100埃，典型地大约70埃的晶态尺寸。020XRD反射与120XRD反射的晶态尺寸比可以为大约1.1至大约10.0，更典型地大约1.1至大约3.0。

由于作为本发明的多孔金属氧化物粒子的上述物理性质的结果，该粒子非常适用在多种液体和固体产品中。在本发明的一个示例性实施方案中，胶溶的氧化铝粒子用于形成氧化铝粒子的稳定分散体。该分散体可以在水中包含该分散体总重量的最多大约40重量％的本发明的胶溶的氧化铝粒子。可以将酸，如硝酸，加入到该分散体中以获得低于大约5.0(或大约4.5，典型地大约4.0、或大约3.5、或大约3.0、或大约2.5、或大约2.0、或大约1.5)的分散体pH。在30重量％固含量和4.0pH的所得分散体合意地具有小于大约100cps，更合意地小于大约80cps的粘度。

与已知球形氧化铝粒子彼此牢固聚集的趋势不同，本发明的氧化铝粒子的不对称板条粒子形状造成氧化铝粒子在溶液中的松散聚集体系。由于这种松散聚集体系，在给定的溶液中可以在保持相对低的溶液粘度的同时存在相对大量的氧化铝粒子。例如，在本发明的一种所需实施方案中，在大约4.0pH的含有该分散体总重量的大约20重量％氧化铝粒子的分散体具有小于或大约20cps的粘度。在进一步所需的实施方案中，在大约4.0pH的含有该分散体总重量的大约30重量％的氧化铝粒子的分散体具有小于或大约80cps的粘度，且在大约4.0pH的含有该分散体总重量的大约40重量％的氧化铝粒子的分散体具有小于或大约100cps的粘度。

在本发明的另一实施方案中，多孔粒子包含凝胶、沉淀物、或火成氧化硅等形式的氧化硅粒子。该粒子优选是通过美国专利Nos.5,968,470、6,171,384、6,380,265、6,573,032、6,780,920或6,841,609中阐述的方法制成的沉淀氧化硅粒子或氧化硅凝胶粒子，它们的全部主题经此引用并入本文。

在本发明的一个实施方案中，非多孔粒子可以是金属氧化物溶胶或胶态分散体，如氧化铝、氧化硅、二氧化钛、氧化锆等，及其混合物。在本发明的示例性实施方案中，非多孔粒子可以是胶态氧化硅，包括例如相对低碱性阳离子型胶态氧化硅。该胶态金属氧化物可具有大约1至大约300纳米的平均粒度，并具有至少AW(-0.013SSA+9)的固体/碱金属比，AW是该胶态金属氧化物中存在的碱金属的原子量，SSA是该金属氧化物的比表面积，如美国专利申请系列号20030180478A1中描述的那些，其全部主题经此引用并入本文。

即使在本发明中可以使用任何非多孔金属氧化物粒子，更详细描述涉及使用胶态氧化硅的下列示例性实施方案。大多数氧化硅溶胶含有碱。该碱通常是碱金属氢氧化物，该碱金属来自周期表第IA族(锂、钠、钾等的氢氧化物)。大多数市售胶态氧化硅溶胶含有氢氧化钠，其至少部分源自用于制造该胶态氧化硅的硅酸钠，尽管也可能加入氢氧化钠以稳定该溶胶以防胶凝。

本发明的该示例性实施方案的胶态氧化硅溶胶具有明显低于大多数市售胶态氧化硅溶胶的碱金属离子含量。这可以通过用上述方程式计算该胶态氧化硅溶胶的氧化硅固体/钠重量比来说明。例如，当碱金属是钠时，该SiO₂/碱金属比至少为-0.30SSA+207的和。去离子的胶态氧化硅溶胶的氧化硅固体/碱金属比落在该范围中并适用于本发明。“去离子”是指已从该胶态氧化硅溶液中除去任何金属离子，例如碱金属离子如钠，以使该胶态氧化硅具有本文提到的方程式中提到的氧化硅固体/碱金属比率。除去碱金属离子的方法是公知的并包括使用合适的离子交换树脂的离子交换法(美国专利No.2,577,484和2,577,485)、透析(美国专利No.2,773,028)和电渗析(美国专利No.3,969,266)，其全部主题经此引用并入本文。为了赋予该胶态氧化硅溶胶防胶凝，该粒子还可以如美国专利No.2,892,797(其内容经此引用并入本文)中所述用铝进行表面改性，并随后将改性的氧化硅去离子。来自W.R.Grace &Co.-Conn的在25℃具有大约5.0的pH的Ludox

TMA氧化硅是通过该方法制成的市售胶态氧化硅的实例。

在本发明的示例性实施方案中，使该多孔金属氧化物粒子形成分散体，随后向其中加入非多孔金属氧化物粒子。或者，可以将干燥形式的多孔金属氧化物粒子添加到同样为干燥形式或为分散体形式的非多孔粒子中。本发明的非多孔粒子可以与多孔粒子分散体以大约20/1至大约1/1(干基)，优选大约15/1至大约1.5/1，更优选大约12/1至大约1.8/1，再更优选大约10/1至大约2/1的比率合并。该合并的分散体可以在大约2.0至大约8.0的pH，并具有小于或等于大约100cps、优选小于或等于大约80cps，再更优选小于或等于大约60cps的粘度。该分散体可以含有该分散体重量的大约10至大约50重量％固含量，优选大约20至大约40重量％固含量，再更优选大约25至大约35重量％固含量。在本发明的示例性实施方案中，其中该多孔粒子是氧化铝且该非多孔粒子是胶态氧化硅，以大约9/1至大约7/3(干比率)的Al/Si比将胶态氧化硅粒子添加到在大约4.0的pH、粘度小于或等于大约100cps且固含量为该分散体总重量的大约20至大约40重量％，优选大约25至大约35重量％的氧化铝粒子分散体中。

上述高固含量、低粘度分散体特别可用作涂料组合物。该分散体可用于涂覆多种基底的表面，包括但不限于纸基底、其上具有聚乙烯层的纸基底、其上具有墨水接收层的纸基底、聚合膜基底、金属基底、陶瓷基底及其组合。所得涂覆的基底可用于许多用途，包括但不限于印刷用途、催化剂用途等。

在另一示例性实施方案中，本发明的墨水接收介质制剂包含粘合剂；多孔金属氧化物粒子和非多孔金属氧化物粒子；其中由所述制剂形成的墨水接收层与不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层相比具有更大的耐磨性和相等或更大的孔隙体积。该多孔粒子可以是不对称的，该非多孔粒子可以是对称的。该粒子可以具有不同的化学组成和不同的物理结构。该金属氧化物粒子优选包含晶态的第一粒子和非晶的第二粒子，比如例如勃姆石氧化铝第一粒子和胶态氧化硅第二粒子。多孔和非多孔粒子的合并浆料可以以大约2/1至大约30/1，优选大约5/1至大约20/1，再更优选大约8/1至大约12/1的颜料或粒子/粘合剂比率与水溶性粘合剂，包括例如二乙氨基乙基化淀粉、三甲基乙基铵、甲基纤维素、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺和聚丙二醇混合以制造制剂涂料(formulation coating)。

在本发明的进一步示例性实施方案中，该粒子可用在制造被涂覆的基底的方法中。在一个示例性方法中，制造被涂覆的基底的方法包括下列步骤：提供具有第一表面的基底；和将氧化铝溶胶涂覆到该基底的第一表面上以在其上形成涂层。随后可以将涂层干燥以形成被涂覆的基底。该被涂覆的基底可用于形成印刷的基底。在本发明的一个示例性方法中，形成印刷的基底的方法包括将含色料的组合物施加到上述被涂覆的基底的涂层上的步骤。

可以如提及那样通过使用本文阐述的墨水接收分散体或制剂并将它们与传统的成膜剂合并来制备喷墨介质。在该实施方案中，使用粘合剂以便在施加到基底上时提供合意的膜性质。可以使用任何粘合剂，包括本文中阐述的所有那些。但是，水溶性粘合剂是优选的，包括例如二乙氨基乙基化淀粉、三甲基乙基铵、甲基纤维素、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚丙二醇及其混合物。粒子/粘合剂比为大约5/1至20/1，优选的大约颜料/粘合剂比为大约8/1至12/1以制造制剂涂料。将该制剂涂料涂覆到涂有树脂的纸基底上，随后在50-100摄氏度干燥1-20分钟，优选大约5-10分钟。

在本发明的一个示例性实施方案中，该被涂覆的基底包括在其上具有涂层的可印刷基底，其中该涂层包含本发明的不同粒子的混合物。该可印刷基底能够用于任何印刷工艺，如喷墨印刷工艺，其中将含着色剂的组合物(例如含有染料和/或颜料的组合物)施加到该涂层的外表面上。在这种实施方案中，该涂层内的粒子充当芯吸剂，以相对快速的方式吸收该含着色剂的组合物的液体部分。在图1中提供示例性的被涂覆的基底。

如图1中所示，示例性被涂覆的基底10包含涂层11，任选的接受层12，任选的载体层13和基层(base layer)14。涂层11和可能任选的接受层12包含本发明的粒子混合物。其余层也可能包含本发明的此类粒子，尽管典型地任选的载体层13和基层14不含这种粒子混合物。适用于形成任选的接受层12的材料可以包括但不限于吸水性材料，如聚丙烯酸酯；乙烯基醇/丙烯酰胺共聚物；纤维素聚合物；淀粉聚合物；异丁烯/马来酸酐共聚物；乙烯基醇/丙烯酸共聚物；聚环氧乙烷改性产品；聚二烯丙基化二甲铵；和聚丙烯酸季铵等等。适用于形成任选的载体层13的材料可以包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚酯和其它聚合材料。适用于形成基层14的材料可以包括但不限于纸、织物、聚合膜或泡沫、玻璃、金属箔、陶瓷体及其组合。

图1中所示的示例性被涂覆的基底10还包含显示在涂层11、任选的接受层12的部分内的含着色剂的组合物16。图1用于显示含着色剂的组合物16在施加到涂层11的表面17上时如何芯吸到涂层11和任选的接受层12中。如图1中所示，含着色剂的组合物16的着色剂部分15留在涂层11的上部，而含着色剂的组合物16的液体部分贯穿涂层11进入任选的接受层12中。

在一个示例性实施方案中，本发明的耐磨墨水接收介质包含基底；和该基底上的包含多孔金属氧化物粒子和非多孔金属氧化物粒子的墨水接收层；其中该墨水接收层与不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层相比具有更大的耐磨性和相等或更大的孔隙体积。该粒子之一可以是不对称的，另一种是基本对称的。该粒子可以具有不同的化学组成和不同的物理结构。该金属氧化物粒子优选包含晶态的第一粒子和非晶的第二粒子，比如例如勃姆石氧化铝第一粒子和胶态氧化硅第二粒子。该墨水接收层具有与没有该非多孔金属氧化物粒子的墨水接收层的耐磨性相比提高大约20至大约90％，优选大约30至大约90％，更优选大约40至大约90％，再更优选大约50至大约80％的耐磨性。

通过可获自Yasuda Seiki Seisakusho，LTD的Taber Type AbrasionTester采用ASTM D4060-07测量该墨水接收层的耐磨性。对墨水接收层施以无重量的一次流程(one pass without weight)。也通过可获自YasudaSeiki Seisakusho，LTD的Color Fastness Rubbing Tester(颜色牢固度摩擦试验机)使用ISO-105-X12测量该墨水接收层的耐磨性(在500克重量下40次流程)。

典型地，本发明的墨水接收层在30-35克/平方米的涂覆重量下具有大约0.10至大约0.50立方厘米/克，优选大约0.15至大约0.45立方厘米/克，更优选大约0.20-0.40立方厘米/克且再更优选大约0.25至大约0.35立方厘米/克孔隙体积的Hg孔隙率计孔隙体积。采用ASTM UOP578-02，用可获自Micrometritics Instrument Corp.的Autopore 9520通过汞侵入测定法测量该墨水接收层的Hg孔隙率计孔隙体积。非多孔粒子的添加提供提高的耐磨性，但不降低所得墨水接收层的孔隙体积。这是未曾意料的，因为此类非多孔粒子没有固有孔隙率，且此外，原本人们会以为此类粒子占据墨水接收层中多孔粒子之间的现有孔隙。

在进一步的示例性实施方案中，本发明的耐磨墨水接收介质包含基底；和在该基底上的包含多孔氧化物粒子和非多孔金属氧化物粒子的墨水接收层；其中该墨水接收层与不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层相比具有更大的耐磨性和基本相等或更大的孔隙体积。在示例性实施方案中，该墨水接收层具有在30-35克/平方米的单位涂覆重量下大于或等于大约0.25立方厘米/克孔隙体积的汞孔隙率(使用ASTM UOP578-02测量)，这比不含非多孔粒子的氧化铝基墨水接收层高大约1-10％。该多孔氧化铝粒子可以是不对称的，该非多孔金属氧化物粒子可以是基本对称的。所述粒子可以具有不同的化学组成和不同的物理结构。如本文中提及的那样，通过添加非多孔粒子降低了对墨水接收层的磨损，在示例性实施方案中，该非多孔粒子可以是胶态氧化硅。通过以大约9/1的Al/Si比加入胶态氧化硅，耐磨性可以提高大约60至大约70％，优选地，通过以大约8/2的Al/Si比加入胶态氧化硅，可以将耐磨损性提高大约80至大约90％，同时仍保持或提高该墨水接收层的孔隙体积。

据信，传统喷墨介质的表面粒子间孔隙率不足以当包含溶剂和颜料粒子的喷墨墨水印刷到该介质上时，其不渗透该表面。这造成墨水颜料粒子积聚在该介质表面上以在其上形成滤饼(即，多层颜料粒子)。结果，在操作该介质时可能擦除该滤饼，这使印刷的介质难以阅读。图4显示了具有墨水接收涂层41和在其上形成的墨水颜料粒子厚层42的这种传统印刷的介质40。施加到介质40上的任何剪切力43容易从该墨水接收涂层上除去这种层或滤饼42。层42由不渗透该墨水接收涂层41的多层墨水颜料粒子构成。

图5描绘根据本发明的实施方案的印刷的介质50，其具有含多孔金属氧化物粒子52和非多孔金属氧化物粒子53的墨水接收涂层51。在该墨水接收涂层51上形成墨水层54。墨水颜料粒子55经由显著的粒子间孔隙56渗入该墨水接收涂层51。墨水溶剂57渗透多孔金属氧化物粒子52的孔隙，其用于将墨水颜料粒子55锚定在多孔金属氧化物粒子52的表面上。结果，本发明的墨水接收介质产生牢固结合在该墨水接收涂层表面上的墨水颜料薄层，由此避免墨水颜料的显著擦除。

因此，在另一示例性实施方案中，本发明的耐磨墨水接收介质包含基底；在该基底上的包含多孔金属氧化物粒子和非多孔金属氧化物粒子的墨水接收层；和在该墨水接收层上的印刷的、颜料化的、墨水层；其中该墨水接收层具有大于不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层的耐擦除性。

实施例

通过下列实施例进一步例证本发明，但它们无论如何不应被视为限制本发明的范围。相反，要清楚理解的是，可以进行各种其它实施方案、修改和对等物，其对于本领域技术人员而言在阅读本文的描述后是可想到的，而不会背离本发明的精神和/或所附权利要求书的范围。

实施例1

将11.4千克水添加到容器中，其随后加热至95℃。在搅拌的同时向该水中加入40重量％硝酸，直至pH达到2.0。随后以受控速率加入铝酸钠(23重量％Al₂O₃)，以使混合物的pH在5分钟内达到10.0。一旦pH达到10.0，停止加入铝酸钠，该混合物老化1分钟。老化后，以使该混合物的pH在1分钟内达到2.0的速率向反应容器中加入40重量％硝酸。一旦pH达到2.0，停止加入硝酸，该混合物老化3分钟。在该老化期结束时，再向该反应容器中加入铝酸钠以在5分钟内将pH从2.0提高至10.0。

上述pH周期性步骤重复总计20次。在第20次周期结束时且在混合物pH为10.0的同时，过滤该混合物以回收生成的氧化铝，随后洗涤以除去任何副产物盐。所得滤饼随后喷雾干燥以获得氧化铝粉末。

将生成的氧化铝粉末分散在水中形成混合物，随后在搅拌的同时用硝酸将该混合物的pH调节至大约4.0。所得混合物含有具有使用可购自Horiba Instruments，Inc.(Irvine，CA)的LA-900激光散射粒度分布分析仪测得的123纳米平均粒度的粒子分散体。所得混合物具有80cps的粘度和占该混合物总重量的30重量％的固含量。

在150℃干燥该混合物，产生BET表面积为172平方米/克和采用氮孔隙率测定法测得的孔隙体积为0.73立方厘米/克的氧化铝粉末。

将30克氧化铝粉末添加到70克1％乙酸溶液中以制造30重量％的胶溶氧化铝浆料。随后，将胶溶氧化铝浆料与可获自Kuraray Co.Ltd.的25克12％PVA235溶液混合以制备颜料/粘合剂比为10/1的混合物。随后将该混合物添加到30克1重量％硼酸溶液中以形成最终喷墨接受层涂料制剂。

实施例2

将19.25克来自实施例1的氧化铝粉末添加到35.75克1％乙酸溶液中以制造35重量％的胶溶氧化铝浆料。随后将可获自W.R.Grace &Co.-Conn的5.13克41.7重量％LudoxCL-P胶态氧化硅添加到该氧化铝浆料中并充分混合。将17.83克12％PVA235溶液添加到该浆料中以制备颜料/粘合剂比为10/1的混合物，随后加入21.4克1％硼酸溶液以形成最终喷墨接受层涂料制剂。

实施例3

将17.5克来自实施例1的氧化铝粉末添加到32.5克1％乙酸溶液中以制造35重量％的胶溶氧化铝浆料。随后，将可获自W.R.Grace &Co.-Conn的10.49克41.7重量％Ludox

CL-P胶态氧化硅添加到该氧化铝浆料中并充分混合。将18.25克12％PVA235溶液添加到该浆料中以制备颜料/粘合剂比为10/1的混合物，随后加入21.9克1％硼酸溶液以形成最终喷墨接受层涂料制剂。

使用实施例1-3的墨水接收层制剂涂覆各种基底。基底包括纸基底、其上具有聚乙烯层的纸基底和其上具有接受层(例如，含非晶氧化硅和聚乙烯醇形式的水溶性粘合剂的涂层)的纸基底。采用刮涂法将该氧化铝溶胶涂覆到各基底上，以提供涂覆重量为大约29至大约31克/平方米的涂层。该被涂覆的基底在80℃干燥20分钟。

将喷墨接受层组合物施加到各被涂覆的基底上。在所有情况下，该墨水组合物快速渗透该氧化铝粒子涂层。表1中列出的结果表明吸墨速度非常好。

表1

注：吸墨速度。5为最佳，1为最差。

实施例4

将17.5克来自实施例1的氧化铝粉末添加到32.5克1％乙酸溶液中以制造35重量％的胶溶氧化铝浆料。随后，将可获自W.R.Grace &Co.-Conn的17.99克41.7重量％LudoxCL-P胶态氧化硅添加到该氧化铝浆料中，并充分混合。将20.83克12％PVA235溶液添加到该浆料中以制备颜料/粘合剂比为10/1的混合物，随后加入25克1％硼酸溶液以形成最终喷墨接受层涂料制剂。

以与实施例1-3中相同的方法将实施例1-4的制剂涂覆到基底上，并使用本文阐述的测试方法测试耐磨性，将其与市售喷墨介质，也即可获自Epson的Crispia相纸(实施例5)进行比较。表2中列出的结果表明，当使用本发明的喷墨涂料制剂时，将摩擦试验后介质表面上的损伤减至最低。

表2

备注：

5-磨损低于10％

4-磨损低于20％

3-磨损低于30％

2-磨损低于40％

1-磨损高于50％

实施例5

将30克可获自W.R.Grace & Co.-Conn.的41.7重量％LudoxCL-P胶态氧化硅与5克可获自Showa Highpolymer Ltd.的12％OLZ1371粘合剂溶液混合以制备颜料/粘合剂比为10/1的混合物。随后将该混合物添加到30克1重量％硼酸溶液中以形成最终喷墨接受层涂料制剂。

实施例6

将17.5克40重量％沉淀氧化硅浆料添加到17.99克可获自W.R.Grace & Co.-Conn.的41.7重量％Ludox

CL-P胶态氧化硅中并充分混合。将20.83克可获自Showa Highpolymer Ltd.的12％OLZ1371粘合剂溶液添加到该浆料中以制备颜料/粘合剂比为10/1的混合物，随后加入25克1％硼酸溶液以形成最终喷墨接受层涂料制剂。

实施例7

将17.5克来自实施例1的氧化铝粉末添加到32.5克1％乙酸溶液中以制造35重量％的胶溶氧化铝浆料。随后，将17.99克可获自W.R.Grace& Co.-Conn的41.7重量％LudoxCL-P胶态氧化硅添加到该氧化铝浆料中并充分混合。将20.83克可获自Showa Highpolymer Ltd.的12％OLZ1371粘合剂溶液添加到该浆料中以制备颜料/粘合剂比为10/1的混合物，并随后加入25克1％硼酸溶液以形成最终喷墨接受层涂料制剂。

实施例8

将30克可获自W.R.Grace & Co.-Conn.的41.7重量％LudoxAS40胶态氧化硅与5克可获自Kuraray Co.Ltd.的12％PVA217粘合剂溶液混合以制备颜料/粘合剂比为10/1的混合物。随后将该混合物添加到30克1重量％硼酸溶液中以形成最终喷墨接受层涂料制剂。

实施例9

将17.5克40重量％的沉淀氧化硅浆料添加到1.8克可获自W.R.Grace & Co.-Conn.的41.7重量％Ludox

AS40胶态氧化硅中，加入到氧化铝浆料中并充分混合。将20.83克可获自Showa Highpolymer Ltd.的12％的OLZ1371粘合剂溶液添加到该浆料中以制备颜料/粘合剂比为10/1的混合物，随后加入25克1％硼酸溶液以形成最终喷墨接受层涂料制剂。

以与实施例1-3中相同的方法将实施例5-9的制剂涂覆到基底上。通过在其上形成基础涂层来准备该基底。通过将100份微粉化硅胶(可获自W.R.Grace & Co.-Conn.的SYLOJETP508硅胶)与4份可获自Kuraray Co.Ltd.的PVOH聚合物PVA-117、22份可获自ShowaHighpolymer Ltd.的聚乙酸乙烯酯胶乳AM-3150和10份可获自Senka Co.的阳离子型聚合物CP-103混合，配制该基础涂层。随后以与实施例1-3中相同的方式在该基底上形成该基础涂层混合物。随后，在其上形成墨水接收涂层，并测试印刷质量。在该喷墨接受层上印刷颜料化的墨水并测量吸墨性。表3中列出的结果表明，本发明的喷墨接受涂层制剂的吸墨速度非常好(实施例6、7和9)。

尽管已经用有限数量的实施方案描述本发明，但是这些具体实施方案不是要限制本发明的范围，如同文中另行描述和主张的那样。本领域普通技术人员在阅读本文中的示例性实施方案后可明显看出，可能有进一步修改、对等物和变动。除非另行规定，实施例中以及说明书其余部分中的所有份数和百分比按重量计，此外，说明书或权利要求书中列举的任何数值范围，如代表性质、度量单位、条件、物理状态或百分比的特定组合的数值范围，意在照字面将落在该范围内的任何数值，包括在由此列举的任何范围内的任何数值子集按引用或以其它方式明确并入本文。例如，只要公开具有下限R_L和上限R_U的数值范围，就明确公开落在该范围内的任何数值R。特别地，明确公开在该范围内的下列数值R：R＝R_L+k(R_U-R_L)-，其中k是1％至100％的以1％为增量的变量，例如k是1％、2％、3％、4％、5％....50％、51％、52％....95％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，也明确公开由如上计算的R的任何两个值表示的任何数值范围。除本文中显示和描述的那些外，本发明的任何修改是本领域技术人员根据上文的描述和附图显而易见的。这类修改旨在落在所附权利要求书的范围内。本文列举的所有公开文献都全文经此引用并入本文。

Claims

1.耐磨墨水接收介质，其包含：

(a)基底；和

(b)在该基底上的包含不对称形状的多孔金属氧化物粒子和对称形状的非多孔金属氧化物粒子的墨水接收层，其中所述不对称形状的多孔金属氧化物粒子具有至少120平方米/克的BET表面积；

其中该墨水接收层与不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层相比具有更大的耐磨性和基本相等或更大的孔隙体积；其中“基本”是指在墨水接收层总孔隙体积的1至10％内。

2.根据权利要求1的墨水接收介质，其中所述耐磨性等于不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层的耐磨性或大20至90％。

3.根据权利要求1的墨水接收介质，其中所述墨水接收层具有等于不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层的孔隙体积的或比不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层的孔隙体积大5％的孔隙体积。

4.根据权利要求1的墨水接收介质，其中所述墨水接收层具有基于30-35克/平方米的涂覆重量大于或等于0.10至0.50立方厘米/克的孔隙体积。

5.根据权利要求1的墨水接收介质，其中所述金属氧化物包含氧化铝、氧化硅、锆、钛或镁。

6.根据权利要求1的墨水接收介质，其中所述金属氧化物是火成的、胶态的、沉淀的、凝胶或其混合物。

7.根据权利要求1的墨水接收介质，其中所述多孔金属氧化物粒子包含勃姆石氧化铝且所述非多孔粒子包含胶态氧化硅。

8.根据权利要求7的墨水接收介质，其中所述多孔粒子包含至少1.2的纵横比。

9.根据权利要求1的墨水接收介质，其中所述多孔金属氧化物粒子包含沉淀氧化硅且所述非多孔粒子包含胶态氧化硅。

10.耐磨墨水接收介质，其包含：

(a)基底；和

(b)在该基底上的包含不对称形状的多孔氧化铝粒子和对称形状的非多孔金属氧化物粒子的墨水接收层，其中所述不对称形状的多孔氧化铝粒子具有至少120平方米/克的BET表面积；

11.根据权利要求10的墨水接收介质，其中所述耐磨性等于不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层的耐磨性或大20至90％。

12.根据权利要求10的墨水接收介质，根据权利要求1的墨水接收介质，其中所述墨水接收层具有等于不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层的孔隙体积的或比不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层的孔隙体积大5％的孔隙体积。

13.根据权利要求10的墨水接收介质，其中所述墨水接收层具有基于30-35克/平方米的涂覆重量大于或等于0.10至0.50立方厘米/克的孔隙体积。

14.根据权利要求10的墨水接收介质，其中所述金属氧化物包含氧化铝、氧化硅、锆、钛或镁。

15.根据权利要求10的墨水接收介质，其中所述金属氧化物是火成的、胶态的、沉淀的、凝胶或其混合物。

16.根据权利要求10的墨水接收介质，其中所述多孔氧化铝粒子包含勃姆石氧化铝且所述非多孔粒子包含胶态氧化硅。

17.根据权利要求10的墨水接收介质，其中所述氧化铝粒子包含至少1.2的纵横比。

18.墨水接收介质制剂，其包含：

(a)粘合剂；和

(b)不对称形状的多孔金属氧化物粒子和对称形状的非多孔金属氧化物粒子，其中所述不对称形状的多孔金属氧化物粒子具有至少120平方米/克的BET表面积；其中由所述制剂形成的墨水接收层与不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层相比具有更大的耐磨性和基本相等或更大的孔隙体积；其中“基本”是指在墨水接收层总孔隙体积的1至10％内。

19.根据权利要求18的墨水接收介质，其中所述金属氧化物是火成的、胶态的、沉淀的、凝胶或其混合物。

20.根据权利要求18的墨水接收介质，其中所述多孔粒子包含勃姆石氧化铝且所述非多孔粒子包含胶态氧化硅。

21.根据权利要求18的墨水接收介质，其中所述多孔粒子包含至少1.2的纵横比。

22.根据权利要求18的墨水接收介质，其中所述多孔金属氧化物粒子包含沉淀氧化硅且所述非多孔粒子包含胶态氧化硅。

23.墨水接收介质分散体，其包含：

(a)溶剂；和

(b)不对称形状的多孔金属氧化物粒子和对称形状的非多孔金属氧化物粒子，其中所述不对称形状的多孔金属氧化物粒子具有至少120平方米/克的BET表面积；其中由所述分散体形成的墨水接收层与不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层相比具有更大的耐磨性和基本相等或更大的孔隙体积；其中“基本”是指在墨水接收层总孔隙体积的1至10％内。

24.根据权利要求23的墨水接收介质，其中所述金属氧化物是火成的、胶态的、沉淀的、凝胶或其混合物。

25.根据权利要求23的墨水接收介质，其中所述多孔粒子包含勃姆石氧化铝且所述非多孔粒子包含胶态氧化硅。

26.根据权利要求23的墨水接收介质，其中所述多孔粒子包含至少1.2的纵横比。

27.根据权利要求23的墨水接收介质，其中所述多孔金属氧化物粒子包含沉淀氧化硅且所述非多孔粒子包含胶态氧化硅。

28.印刷的墨水接收介质，其包含：

(a)基底；

(b)在该基底上的包含不对称形状的多孔金属氧化物粒子和对称形状的非多孔金属氧化物粒子的墨水接收层，其中所述不对称形状的多孔金属氧化物粒子具有至少120平方米/克的BET表面积；和

(c)在该墨水接收层上的印刷的、颜料化的墨水层；

其中该墨水接收层具有大于不用所述非多孔粒子形成的墨水接收层的耐擦除性。

29.墨水接收介质，其包含：

(a)基底；和