CN102471627B - 涂料组合物 - Google Patents

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Abstract

一种涂料组合物，其包括颜料或者颜料混合物，表面活性物质和含有金属的聚合物络合物。该含有金属的聚合物络合物包含金属盐、聚合物乳胶和聚乙烯醇(PVA)，其中该聚乙烯醇的分子量是大约10000-大约65000。

Description

涂料组合物
发明背景
商业数字印刷例如高速喷墨网印刷(high speed inkjet web printing)快速代替了传统的冲击印刷或者“板式”印刷方法例如平版印刷。确实的，喷墨印刷今天正在变成一种流行的在不同的介质表面特别是纸张上记录图像的方式，这归因于诸多的原因，包括更好的彩色图像质量，高速记录的能力和成本竞争力。在这种印刷方法中，印刷介质在整个图像质量和印刷图像的持久性方面起着关键的作用。因此，寻求能够有效的用于这样的印刷技术中的介质经常成为一种挑战。
为了获得优异的图像质量，典型的使用涂覆介质。这样介质具有单个或者多个图像接受层，其布置在介质基底上。典型的，该图像接受层是由这样的涂料组合物制成的，其包括无机或者有机颜料作为填料和聚合物材料作为粘合剂，以及其他的功能材料。该图像接受层通常促进了介质的油墨接受性例如图像质量、油墨干燥时间和双重能力(capacity of duplex)。它还提高了印刷介质的纸张质量。例如，涂覆的介质表现出在纸张物理外观例如光泽度和表面光滑度方面优于未涂覆介质的物理性能。当使用低成本的介质基底例如纤维素基底(含有木浆)时，该图像接受层可明显提高纸张白度和亮度，以及还能够充当抗黄变的滚筒层(barrel layer)。
用于印刷纸的涂料组合物经常包括白色颜料和粘合剂。粘合剂的作用主要是通过形成连续膜来将颜料粒子结合到一起，以及将颜料粒子粘合到基底上。
更经常的，纸张涂料中的粘合剂是带负电荷的乳胶(形成阴离子聚合物乳胶)，并因此能够与带负电荷的颜料浆体相容，而不引起浆体在混合到一起时的任何沉淀。这样的粘合剂的例子是合成聚合物乳液例如苯乙烯丁二烯乳胶(SBR)，羧化SBR，苯乙烯丙烯酸酯乳胶(丙烯酸酯乳胶)和聚乙酸乙烯酯乳胶(PVAc)。
当纸张用于喷墨印刷时，非常令人期望的是图像接受纸张不仅满足印刷介质的一般要求，而且还要官能化来提高喷墨特性，具有快速的油墨干燥、高的光密度，最小的铺展(羽化或者渗析)和尖锐的或者干净的边缘(毛细现象或者线边缘破损)。虽然上面所列的特性提供了待实现的有价值的目标，但是仍然难以满足全部的上述特性。因此，持续的进行了研究来开发这样的涂料配方，其提供了高质量的印刷介质。
印刷纸张的表面特性对于喷墨印刷质量具有主要的影响。为此目的，油墨定色剂经常被包括在涂料组合物中，并且施涂到纸张表面上。但是，油墨定色剂经常是一种电解质，来自其的阳离子对于带负电荷的粘合剂(阴离子聚合物)的稳定性产生了不利的影响。确实的，油墨定色剂会沉淀粘合剂，然后导致不能涂覆的涂料组合物。
发明内容
在公开和描述本发明的具体实施方案之前，应当理解本发明同样不限于这里所公开的具体方法和材料，并且进行一定程度的变化。还应当理解这里所用的术语仅仅是用于描述具体的实施方案的目的，并且其目的并非进行限制，因为本发明的范围将仅仅通过附加的权利要求和其等价物来定义。在描述和请求保护本发明的示例性组合物和方法中，将使用下面的术语：单数形式“一个”、“一种”和“该”包含复数指示物，除非上下文另有明确指示。因此，例如，提及到“一种颜料”时包括一种或多种这样的材料的指示物。浓度，量和其他数值在此可以以范围形式来存在。应当理解这样的范围形式仅仅是为了便利和简要而使用的，并且应当灵活的解释为不仅包括所述范围的界限所明确表示的数值，而且还包括在所述范围内的全部单个数值或者亚范围，如同每个数值和亚范围被明确表述一样。例如，大约1wt%-大约20wt%的重量范围应当解释为不仅包括1wt%-大约20wt%的明确表述的浓度界限，而且还包括单个浓度例如2wt%，3wt%，4wt%和亚范围例如5wt%-15wt%，10wt%-20wt%等。作为另外一个例子，1份到20份的范围应当解释为不仅包括大约1份到大约20份的明确表述的浓度界限，而且还包括单个浓度例如2份、3份、4份等。全部的份数是干重单位的份数，并且无机颜料的总和等于100份，除非另有指示。
本发明涉及一种涂料组合物，包括该涂料组合物的介质以及制造和使用这样的介质和涂料组合物的方法。在本发明的一种实施方案中，该涂料组合物是油墨接受涂料组合物。在另外一种实施方案中，该涂料组合物被用于在介质基底上形成图像接受层。在一种实施方案中，涂料组合物和基底这样的组合形成了具有提高的印刷特性的介质纸(media sheet)。
根据本发明的实施方案，该涂料组合物包括：颜料或者颜料混合物，表面活性物质和含有金属的聚合物络合物。这样的聚合物络合物至少是由金属盐，聚合物乳胶和分子量为大约10000-大约65000的聚乙烯醇(PVA)来形成的。
根据本发明的实施方案，该涂料组合物在用于在介质基底上形成图像接受层时，提高了图像(其被印刷在含有该实施方案的涂料组合物的介质基底上)的油墨光密度和色饱和度。
此外，根据本发明的实施方案，该涂料组合物在被用于在介质基底上形成图像接受层时，与常规的平版印刷介质相比，降低了这样的介质的干燥时间。
在一种实施方案中，该涂料组合物在被用于在介质基底上形成图像接受层时，通过锐化点边缘而提高了整体印刷质量。此外，在一种实施方案中，该涂料组合物提高了该印刷介质的物理质量，包括但不限于表面光滑度、白度、亮度和抗黄变性。
根据本发明的一种实施方案，该涂料组合物包括颜料。在一种实施方案中，这样的颜料是水不溶性颜料或者是微溶于水中的颜料。在另外一种实施方案中，这样的颜料是白色颜料或者白色颜料混合物。对于颜料的化学组成没有特别的限制，只要它在分散于涂料配料中时的流变特性使得涂料溶液在设计的涂覆机中可涂覆就行。这里流变特性指的是涂料溶液的粘度、固含量和触变指数。
在一种实施方案中，该颜料或者颜料混合物是颜料浆体或者颜料分散体的形式。在本发明的一种实施方案中，该颜料在组合物中的存在量是大约10%-大约95%，基于涂料组合物的总干重。在另外一种实施方案中，颜料的总量是大约50%-大约85%，基于该涂料组合物的总干重。干重是最终涂层重量的重量，不包括在制造该涂料溶液本身中所用的溶剂(或者水)。
根据本发明的一种实施方案，颜料是无机颜料或者有机颜料。在一种实施方案中，该颜料是有机颜料。有机颜料非限定性的例子包括：苯乙烯-类型塑料颜料，丙烯酸-类型塑料颜料，聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯和它的共聚物，聚四氟乙烯(Teflon®)粉末，及其任意组合。有机颜料的其他例子包括但不限于微胶囊，脲树脂，蜜胺树脂等。有机颜料可以是固体粒子的形式或者称作“中空”粒子的形式，换句话说，这里在该粒子中存在着孔隙体积。在另外一种实施方案中，颜料是无机颜料。无机颜料非限定性的例子包括：碳酸钙，高岭土，滑石，硫酸钙，硫酸钡，二氧化钛，氧化锌，硫化锌，碳酸锌，缎光白，硅酸铝，硅藻土，硅酸钙，硅酸镁，合成的无定形二氧化硅，胶体二氧化硅，胶体氧化铝，假-勃姆石，氢氧化铝，氧化铝，锌钡白，沸石，碳酸镁，氢氧化镁，及其不同组合。在另外一种实施方案中，无机颜料选自二氧化硅，粘土，高岭土，碳酸钙，滑石，二氧化钛和沸石。在另外一种实施方案中，颜料是干粉形式或者含水悬浮液(经常称作浆体)形式接受的无机颜料粒子。在另外一种实施方案中，该无机颜料具有较低的容积密度。确实的，每单位面积上的介质重量因此是低的，因为当介质用于市售印刷介质时，在类似厚度下较轻重量的介质对于运输成本来说是有益的。该无机颜料的密度是大约1.5-3.5 kg/cm3，和在另外一种实施方案中，是大约2.0-2.9 kg/cm3。
在另外一种实施方案中，该无机颜料选自具有高亮度和白度的无机颜料，特别是当该涂料组合物用于基于低亮度/白度机械木浆例如研磨的木浆，TMP(热机械浆)，CTMP(化学热机械浆)或者机械和化学浆混合物的杂合浆的印刷介质时更是如此。在另外一种实施方案中，该无机颜料选自TAPPI亮度为大约75-大约100的填料，和在另外一种实施方案中TAPPI亮度为大约84-大约100的填料。
在另外一种实施方案中，该无机颜料选自具有细微粒度的那些颜料，来提高涂覆介质的表面性能例如光滑度和光泽度，和提高印刷质量。在一种实施方案中，该填料粒子的粒径小于5微米，并且占无机颜料的大于大约80%；在另外一种实施方案中占大于大约85%，和在另外一种实施方案中大于大约92%。
在另外一种实施方案中，该无机颜料具有低表面积来降低涂料组合物在高固含量时的粘度。这里对于颜料的表面积没有具体要求。但是，在另外一种实施方案中，该颜料具有低的平均粘度(share viscosity)。具有不小于大约70%的固含量时，该无机颜料浆体在100 rpm时的粘度不大于800厘泊，其是通过Brookfield粘度计来测量的。
对于高速喷墨网印刷所用的印刷介质来说，吸收喷墨油墨中的含水液体的能力是用于实现令人满意的图像质量的一个重要参数。该吸收能力直接与基纸和涂层结构(其与涂料组成和涂覆方法有关)的孔隙率有关。孔隙率是对印刷纸张中所存在的总连接空气孔隙(垂直和水平二者)的度量。
纸张的孔隙率是纸张的吸收率或者接受油墨的能力的指示。在实际中，纸张孔隙率可以使用在TAPPI “Air Permeance of Paper(Sheffield Method)”，测试方法T547 om-07中所述的方法，通过测量纸张的空气阻力来表示。使用这种方法，通过驱动空气通过纸张，并且测量流动速率来测量孔隙率。该结果是作为Sheffield单位来报告的。
带有颜料的涂层的孔隙率可以根据颜料类型、粒度和分布、粘合剂类型和量、涂覆条件和涂覆后加工例如压光而广泛的变化。在本发明的实施方案中，最终的纸张孔隙率是由涂料组合物和涂覆/涂覆后加工来明确要求和调整的。具有较低孔隙体积的涂覆纸张表示了差的孔隙率，其会导致干燥时间延长，和在印刷过程中产生阴渗和油墨渗析问题。但是，在整个多孔结构中所存在的过高的孔隙值能够将大部分油墨着色剂吸收到基纸中，由此产生低的光密度(褪色)图像。根据本发明的实施方案，最终的完成的涂覆纸的孔隙率(通过空气渗透率来表示)是15-40 Sheffield单位Parker Print-Surf tester。
为了获得期望的孔隙率，将上述无机颜料作为主要粒子来使用。在另外一种实施方案中，选择第二种或者更多种的无机粒子来形成具有更高孔隙率的涂层结构。这样的无机颜料(其能够形成更高孔隙率的涂层结构)的一个例子是结构化的高岭土粘土。结构化的高岭土粘土粒子可以通过公知的技术来形成，例如将含水粘土在高温煅烧或者进行化学处理。这种方法将粘土粒子彼此结合，来形成更大的聚集粘土粒子，其具有提高了孔隙体积的结果。
此外，在另外一种实施方案中，该无机颜料是多孔无机颜料。多孔无机颜料指的是这样的颜料，其包括多个孔结构，来经由毛细管作用或者其他类似的手段为液体油墨载体提供高的吸收容量度。多孔无机颜料的例子包括但不限于合成的无定形二氧化硅，胶体二氧化硅，氧化铝，胶体氧化铝，和假勃姆石(氧化铝/氢氧化铝)。在另外一种实施方案中，将多孔无机颜料与低表面积无机颜料和/或有机颜料以该多孔无机颜料为大约5%-大约40%的重量百分比进行混合。这种混合物具有提高油墨吸收性，同时不牺牲其他物理性质例如光泽度的优点。
在另外一种实施方案中，该涂料组合物包括白色颜料。在另外一种实施方案中，这样的白色颜料是多孔无机颜料。这样的多孔无机颜料具有优异的水吸收性，这归因于用于喷墨印刷机的油墨的干燥性能和吸收性。多孔无机颜料的例子包括但不限于多孔合成无定形二氧化硅，多孔碳酸镁，多孔氧化铝等。
在一种实施方案中，将颜料粒子制成特定的形式，例如浆体或者分散体，用于进一步的涂覆加工。在一种实施方案中，这些浆体或者分散体是分散在含水分散流体中的颜料粒子。确实的，没有这样特定的形式时，颜料粒子因为热动力的原因会倾向于特别是在电解质例如金属盐的存在下聚结。
因此，在一种实施方案中，该涂料组合物包括颜料或者颜料混合物，其处于颜料浆体或者颜料分散体的形式。浆体或者分散体形式的颜料或者颜料混合物在对于金属离子聚结方面是非常敏感的。因此，在一种实施方案中，该涂料组合物至少包含表面活性物质。在一种实施方案中，这样的表面活性物质选自高分子量化学化合物，并且在另外一种实施方案中，选自天然大分子，其包括但不限于酪蛋白，大豆蛋白，多糖，纤维素醚，藻酸盐，未处理过的和改性的淀粉。在一种实施方案中，该表面活性物质是聚合物稳定剂。在一种实施方案中，该表面活性物质是淀粉。淀粉的例子包括玉米淀粉，木薯淀粉，小麦淀粉，大米淀粉，西米淀粉和马铃薯淀粉。据信这些表面活性物质的分子量与稳定的和可涂覆的涂料组合物的形成有关。因此，该涂料组合物至少包含表面活性物质，用于避免颜料粒子的聚结。在一种实施方案中，该表面活性物质的分子量是40000-850000。在另外一种实施方案中，淀粉或者改性淀粉的分子量是40000-850000。确实的，据信过低的分子量将降低浆体和分散体的稳定性，而过高的分子量会产生不利的高粘度问题而危及涂覆性。
在一种实施方案中，该涂料组合物包括改性淀粉。这样的改性淀粉包括但不限于酶改性淀粉，热和热-化学改性淀粉和化学改性淀粉。在另外一种实施方案中，该化学改性淀粉选自化学转化的淀粉例如酸流动性淀粉，氧化的淀粉和焦糊精；衍生的淀粉例如羟基-烷基化淀粉，氰乙基化淀粉，阳离子淀粉醚，阴离子淀粉，淀粉酯，淀粉支化物，和疏水淀粉。在一种实施方案中，聚合物稳定剂在颜料总重量中的重量比例是大约1/20-大约1/5。
在一种实施方案中，本发明包括含有金属的聚合物络合物。在一种实施方案中，制备该含有金属的聚合物络合物，然后混入到涂料组合物中来充当粘合剂和油墨定色剂二者。因此，在本发明的一种实施方案中，该涂料组合物包括含有金属的聚合物络合物，其是在与颜料浆体混合之前，分别来制备的。因此，在一种实施方案中，本发明涉及一种涂料组合物，其包括颜料或者颜料混合物，表面活性物质和含有金属的聚合物络合物，其中这样的含有金属的聚合物络合物是如下来制造的：首先，将聚合物乳胶，分子量大约10000-大约65000的聚乙烯醇(PVA)和金属盐混合，其次，加入颜料或者颜料混合物。
在一种实施方案中，该聚合物乳胶在此指的是一组制剂，其由分散在含水基质中的聚合物微粒的稳定分散体组成。在一种实施方案中，该聚合物乳胶是天然乳胶或者合成乳胶。合成乳胶通常是通过乳液聚合，使用多种引发剂、表面活性剂和单体来生产的。这里对于乳胶的化学组成没有具体的限制。此外，对于该聚合物乳胶的表面电荷没有具体限制。在一种实施方案中，该聚合物乳胶是阳离子的、阴离子的或者两性的聚合物乳胶。在另外一种实施方案中，该聚合物乳胶选自丙烯酸聚合物或者共聚物，乙酸乙烯酯聚合物或者共聚物，聚酯聚合物或者共聚物，偏氯乙烯聚合物或者共聚物，丁二烯聚合物或者共聚物，苯乙烯-丁二烯聚合物或者共聚物，丙烯腈-丁二烯聚合物或者共聚物。
在一种实施方案中，该含有金属的聚合物络合物能够在干燥条件下成膜，来起到粘合作用。成膜能力是通过MFFT(最小成膜温度)来表征的。由于络合物中低分子PVA的存在，因此预期该含有金属的聚合物络合物的MFFT低于由其构成的乳胶。MFFT定义为最小温度，在该温度时，水性合成乳胶或者乳液在作为薄膜置于基底上时将聚结。MFFT是通过使用MFFT棒，根据方法ASTM D2354来测量的。在一种实施方案中，该含有金属的聚合物络合物的MFFT(最小成膜温度)不大于50℃。在另外一种实施方案中，该含有金属的聚合物络合物的MFFT(最小成膜温度)是大约-10℃到大约30℃。但是，必须注意到具有过低MFFT的含有金属的聚合物络合物将产生具有差的膜强度的膜，其将不利的降低粘合强度。
在一种实施方案中，该含有金属的聚合物络合物中所存在的有机化合物是具有特定分子长度的聚乙烯醇基团。在本发明的一种实施方案中，该聚乙烯醇的分子量是10000-65000。在另外一种实施方案中，该聚乙烯醇的分子量是大约20000-大约65000。
确实的，据信在这个分子量中时，PVA确保了对于涂料组合物令人期望的稳定性，良好的粘合能力和合适的流变性。此外，据信如果PVA分子量过低，则该聚合物乳胶将与金属盐发生不利的反应，并且将产生沉淀。另外，据信如果PVA分子量过高，则它将引起凝胶形成，其将不利的改变涂料组合物的流变性。在一种实施方案中，聚乙烯醇是由聚乙酸乙烯酯，通常通过连续的方法来商业生产的。该乙酸酯基团是通过与甲醇在无水甲基钠或者氢氧化钠水溶液存在下，通过酯交换来水解的。物理特性和它特定的功能用途取决于分子量和水解度。在本发明的一种实施方案中，对于聚乙烯醇的水解度没有具体要求。在另外一种实施方案中，聚乙烯醇的水解度将是大约60%-大约99%。
在一种实施方案中，该涂料组合物包括颜料或者颜料混合物、表面活性物质和含有金属的聚合物络合物。这样的含有金属的聚合物络合物至少是由金属盐、聚合物乳胶和分子量为大约10000-大约65000的聚乙烯醇(PVA)形成的。
在一种实施方案中，与聚合物乳胶和有机PVA配位的金属离子是由金属盐来提供的。在一种实施方案中，金属盐是水溶性金属盐。在另外一种实施方案中，该金属盐是单-或者多-价金属盐。这样的金属盐的例子包括第I族金属，第Il族金属和第III族金属。该金属盐可以包括单价金属离子、多价金属离子、其组合和其衍生物的阳离子。在一种实施方案中，该金属盐是金属阳离子。这样的金属阳离子的例子包括但不限于钠，钙，铜，镍，镁，锌，钡，铁，铝和铬离子。在另外一种实施方案中，该金属阳离子选自钙，镁，铝，其任意组合和衍生物。在另外一种实施方案中，该金属盐是金属阴离子。这样的金属阴离子的例子包括但不限于氟化物，氯化物，碘化物，溴化物，硝酸盐，氯酸盐和乙酸盐离子，及其组合。不使用这样的金属阴离子，其已知的是易于与纸浆相互作用和结合。这样的金属阴离子包括但不限于基于硫和磷的阴离子。不受限于理论，据信这样的金属盐提高了总图像质量，因为所述的盐与油墨溶液中的颜料粒子相互作用，这样带有颜料的着色剂基本上固定和基本上处于介质基底最外面的表面层上。作为一个例子，盐的阳离子进一步将阴离子带电着色剂固定到带有颜料的油墨中。
在一种实施方案中，该金属盐在组合物中的存在比例是大约1/20-1/4重量，基于无机颜料总重量，包括颜料混合物中主要的和任选的次要的颜料二者。在一种实施方案中，金属盐的重量与无机颜料总重量的比例是大约1/15-1/5。在一种实施方案中，金属盐是多价盐。在另外一种实施方案中，该涂料组合物包含氯化钙作为金属盐。
在另外一种实施方案中，该含有金属的聚合物络合物包括中心聚合物乳胶，其弱连接和包围在有机分子中，并且与金属离子配位。在一种实施方案中，这样的有机分子是聚乙烯醇(PVA)。这样的含有金属的聚合物络合物至少包括聚合物乳胶和聚乙烯醇(PVA)和金属盐。在一种实施方案中，中该含有金属的聚合物络合物中，聚合物乳胶与聚乙烯醇的复合重量比是1.4/1-2.5/1干重。在一种实施方案中，该含有金属的聚合物络合物在组合物中的存在量是大约3wt%-大约12wt%，基于涂料组合物的重量。在另外一种实施方案中，该含有金属的聚合物络合物在组合物中的存在量是大约6wt%-大约9wt%，基于涂料组合物的总重量。
在一种实施方案中，该含有金属的聚合物络合物包括聚合物乳胶、PVA和金属盐。该含有金属的聚合物络合物具有+/-15毫伏的ζ电势值；和在另外一种实施方案中该电势是大约-8到大约+8毫伏。确实的，据信超过所述范围的ζ电势将产生这样的可能性，即，在ζ电势过低时不稳定的络合物或者在ζ电势过高时当随后与颜料浆体混合时聚结所述的颜料粒子。ζ电势是沿着固体和液体界面的电势，并且更明确的，是沿着包围带电胶体粒子的离子扩散层的电势，其主要与胶体稳定性有关。ζ电势可以由电泳淌度(即，胶体粒子在置于含有胶体粒子的分散体、乳液或者悬浮液中的带电电极之间移动的速率)来计算，并且还可以在固定的pH值下，使用ζ分级器来测量。这是如下来进行的：将1或者2滴分散体在100ml去离子水中稀释，并且将pH调整为恒定值。
在另外一种实施方案中，该含有金属的聚合物络合物的ζ电势在宽的pH范围内是恒定的。确实的，在这个特定的ζ电势范围中，当用于涂料组合物中时，该含有金属的聚合物络合物提供了良好的涂覆质量和优异的印刷图像质量。
因此，在一种实施方案中，从酸性到碱性环境中，ζ电势的变化小于10毫伏；在另外一种实施方案中小于5毫伏。因此，在另外一种实施方案中，该含有金属的聚合物络合物的平均ζ电势是大约0-大约-5毫伏。
在本发明的一种实施方案中，制备该含有金属的聚合物络合物，然后混入涂料组合物中来充当粘合剂和油墨定色剂二者。因此，在本发明的一种实施方案中，该涂料组合物包括含有金属的聚合物络合物，其是在与颜料浆体混合之前分别制备的。
因此，在一种实施方案中，本发明涉及一种涂料组合物，其包括颜料或者颜料的混合物，表面活性物质和含有金属的聚合物络合物，其中这样的含有金属的聚合物络合物是如下来制造的：首先，将聚合物乳胶，分子量大约10000-大约65000的聚乙烯醇(PVA)和金属盐混合，其次，加入颜料或者颜料混合物。
在另外一种实施方案中，本发明涉及一种涂料组合物，其可以通过包含下面步骤的方法来获得：首先，通过在搅拌下混合聚乙烯醇和聚合物乳胶，来制备含有金属的聚合物络合物，然后在强力剪切搅拌下加入金属盐；和其次，将该含有金属的聚合物络合物与颜料浆体混合，该颜料浆体已经与聚合物表面活性剂进行了预混。
根据本发明的实施方案，该涂料组合物包括含有金属的聚合物络合物，其是在与颜料浆体混合之前分别制备的。在一种实施方案中，在机械剪切力下将金属盐加入到聚合物络合物混合物中之后，形成了该含有金属的聚合物络合物。
在一种实施方案中，本发明涉及一种制造涂料组合物的方法。因此，在另外一种实施方案中，该涂料组合物是根据一种包括几个步骤的方法来制造的。根据这种方法，该含有金属的聚合物络合物在制造涂料组合物之前预先制备，在其中聚乙烯醇和聚合物乳胶首先在搅拌下混合。然后，在强力剪切搅拌下加入金属盐来形成含有金属的聚合物络合物。这样的含有金属的聚合物络合物然后可以混入到混合槽中，在这里将该颜料浆体与聚合物表面活性剂预混，而不会引起任何的沉淀或者凝胶化。
可选择的，该预分散的颜料浆体(其与聚合物表面活性剂进行了预混)还可以混入到该含有金属的聚合物络合物中，而不引起任何沉淀或者凝胶化。
在本发明的一种实施方案中，该涂料组合物包含除了颜料、表面活性物质和含有金属的聚合物络合物之外的其他涂料添加剂。这样的涂料添加剂非限定性的例子包括：润湿剂，脱泡剂，抑泡剂和分散剂。这样的涂料添加剂可以混入来提高涂料组合物的性能。在另外一种实施方案中，该涂料溶液的粘度在大约40-大约70重量%的固含量时是大约200厘泊-大约1500厘泊。在本发明的一种实施方案中，该涂料组合物是液体组合物。在另外一种实施方案中，该涂料组合物包含液体载色体。在一种实施方案中，该液体载色体是水。作为此处使用的，术语“液体载色体”定义为包括这样的液体成分，其能够用于将颜料承载到基底上。液体载色体是本领域公知的，并且广泛的多种液体载色体可以用于本发明示例性系统和方法的实施方案中。这样的液体载色体可以包括多种不同试剂的混合物，包括但不限于表面活性剂，助溶剂，缓冲剂，生物杀灭剂，粘度改性剂，螯合剂，稳定剂和水。
在本发明的一种实施方案中，将该涂料组合物用于涂覆制造介质纸的基底。在另外一种实施方案中，该涂料组合物可以用于涂覆纸张基底。根据本发明的一种实施方案，该涂料组合物在基底上形成了图像接受层(或者涂层)。基底和图像接受层的组合产生了介质纸。所以，在一种实施方案中，该介质纸包括基底和位于该基底上的涂料组合物。该涂料组合物包括颜料，表面活性物质和含有金属的聚合物络合物，该络合物由金属盐，聚合物乳胶和聚乙烯醇制造。这样的聚乙烯醇的分子量是大约10000-大约65000。
在一种实施方案中，位于介质纸上的涂料组合物具有大约2-大约30克每平方米(g/m2)的涂层重量；在一种实施方案中，该涂料组合物的涂层重量是大约3-大约20克每平方米(g/m2)。
在本发明的一种实施方案中，基底(或者接受物，或者基物，或者基料)可以是任何类型和尺寸的。在另外一种实施方案中，该基底包括任何适用于数字彩色成像装置例如光电和/或喷墨成像装置中的基底，包括但绝对不限于树脂涂覆的纸张(所谓的照相纸)，纸张，高射投影仪胶片，涂覆纸张，织物，美工纸(例如水彩纸)，任何种类的塑料膜等。该基底包括多孔和非多孔表面。在另外一种实施方案中，该基底是纸张(其非限定性的例子包括原浆复印纸或者其中具有再生纤维的纸张)或者照相纸(其非限定性的例子包括挤出到纸张的一个面或者两个面上的聚乙烯或者聚丙烯)，和/或其组合。
纸张经常由纤维素纤维浆制成。纸张可以分为化学浆或者机械浆(即，含木浆)。化学浆指的是已经经历了化学加工的浆，在这里热和化学品破坏了木质素(将纤维素纤维结合到一起的物质)，而不严重降解该纤维素纤维。这种方法除去了浆中的木质素，由此产生了具有非常少量木质素的纤维素纤维。在机械浆生产中，依靠机械压机将圆木压到研磨石上。该木头在水的帮助下分裂成纤维。作为其结果，释放出来木材纤维，但是仍然包含大量的多种污染物。该机械浆可以进一步分成研磨木浆和热-机械浆(TMP)。TMP浆在一些情况中可以化学提高，并且在这样的情况中，它被称作化学-热-机械浆(CTMP)。
在一种实施方案中，基底在基本上整个长度上的厚度是大约0.025mm-大约0.5mm。在另外一种实施方案中，该基底是纸张基底。在一种实施方案中，将纤维素造纸原料用于制造基底。可以使用任何种类的纤维素造纸原料，例如由木浆或者非木浆制成的造纸原料。合适的浆体非限定性的例子包括机械木浆，化学研磨浆，化学-机械浆，热-机械浆，再循环浆和/或其混合物。在一种实施方案中，该基底是木浆制成的纸张基底。
在一种实施方案中，将该涂料组合物涂覆于基底上来形成介质纸；在一种实施方案中，在纸张基底上使用本领域已知的任何方法。所述方法非限定性的例子包括施胶压榨，狭缝模具，刀涂和密尔棒。施胶压榨包括胶泥施胶压榨，薄膜施胶压榨等等。胶泥施胶压榨可以配置为具有水平的、垂直的或者倾斜的辊子。薄膜施胶压榨可以包括计量系统，例如栅辊计量，刀计量，密尔棒计量或者狭缝计量。在一种实施方案中，可以将具有短暂停刀计量的薄膜施胶压榨用作施涂头，来施涂所述涂料组合物。在另外一种实施方案中，使用薄膜施胶压榨来将涂料组合物施涂到纸基底上。该涂料组合物可以与造纸机离线或者在线施涂到纸基底上。随后，将该涂料组合物(图像接受层)例如使用红外加热或者热空气或者其组合来进行干燥。也可以使用本领域已知的其他常规干燥方法和装置。对于一种实施方案中来说，其上形成有图像接受层的基底在该图像接受层干燥后，通过作为压延方法一部分的一对辊子之间。该压延装置可以是任何种类的压延机，包括但不限于离线超级压延机，在线软啮合或者硬啮合压延机等。
在本发明的一种实施方案中，该介质纸是通过包括下面步骤的方法来形成的：提供基底，然后用例如上述的涂料组合物来涂覆该基底，来获得图像接受层。该涂料组合物包括颜料或者颜料混合物、表面活性物质和含有金属的聚合物络合物，这样的聚合物络合物是由金属盐、聚合物乳胶和分子量为大约10000-大约65000的聚乙烯醇(PVA)形成的。
在一种实施方案中，图像接受层是在基底的相对(上面和下面或者光面和毛面)表面上形成的，或者是在基底的一个表面上形成的。在一种实施方案中，图像接受层的光泽度是大约30-大约90%，其是在TAPPI(纸浆与造纸工业技术协会)75度角测量的。在一种实施方案中，图像接受层是在基底上，以大约3-大约20g/m2，和优选大约6-大约15g/m2的干涂层重量来形成的。数字印刷质量典型的取决于介质纸微观和宏观二者中的光滑度以及该介质吸收油墨或者均匀分配调色剂来产生高光均匀性的能力。不受限于理论，该涂料组合物在施涂到基底上时用于降低表面粗糙度中的不均匀性，同时提供合适的油墨吸收性或者调色剂对于所形成的介质纸的附着性。此外，该涂料组合物另外用于提高图像接受层的不透明度、亮度、白度、光泽度和表面光滑度。提高不透明度因此降低了从介质纸的相对面上看见在介质纸的一个面上形成的图像的可能性。
下面的实施例说明了本发明系统和方法目前已知的许多实施方案。但是，应当理解下面仅仅是本发明系统和方法示例性的或者说明性的使用原理。本领域技术人员可以想到众多的改变和替代的组合物、方法和系统，而不脱离本发明系统和方法的主旨和范围。附加的权利要求目的是覆盖这样的改变和排列。因此，虽然已经在上面具体的描述了本发明的系统和方法，但是下面的实施例进一步提供了目前被认为是可接受的实施方案的细节。
实施例1：含有金属的聚合物络合物的制备
将不同的聚乙烯醇(Celvol®或者Mowiol®)粉末预煮来将该购买的粉末转化成PVA溶液。该预煮是在90-105℃和搅拌下进行1小时，直到溶液中不存在任何固体粒子为止。
首先将10份(干重)的聚合物乳胶商标名Dow®XU31264.50装入到混合槽中，然后与PVA溶液(3份干重)搅拌混合。30分钟后，将含有32%盐(CaCl2)的溶液(10份干重)在强烈剪切搅拌下缓慢加入到该混合物中。因此获得一种含有金属的聚合物络合物。将由不同类型的聚乙烯醇制备的含有金属的聚合物络合物进行比较，该比较是基于它们在加入金属盐溶液之后保持稳定和不发生沉淀的能力。结果表示在表1中。
表1
实施例2：含有金属的聚合物乳胶在不同的pH时的ζ电势
实施例1的实施例1C的该含有金属的聚合物络合物的ζ电势是在不同的pH下，使用由Malvern Instruments提供的ζ分级器(Nano Series)型号ZEN3600来测量的。粘度同样是在100 RPM使用2# Brookfield转子来测量的，单位cps。pH是通过NaOH或者HCI溶液来调整的。结果表示在表2中。
这些结果证实了在根据实施例1C所获得的含有金属的聚合物乳胶中，在宽的pH范围内所获得的ζ电势是相对恒定的。使用聚合物乳胶粘合剂(仅仅Dow®XU31264.50)作为对比性对照物。
表2
实施例3：涂料组合物的实施例
下面是涂料配方的实施例。全部的份数是基于干化学品的量，并且颜料之和等于100份。
a) 涂料组合物A
Foamaster VF® 0.2重量份
Covercarb85® 80重量份
Hydralux91® 20重量份
Penford gum280 10重量份
Leucophor NS LIQ® 5重量份
根据实施例1C的含金属的聚合物络合物 23重量份
b)涂料组合物B(对比)
Foamaster VF® 0.2重量份
Covercarb 85® 80重量份
Hydralux 91® 20重量份
Leucophor NS LIQ® 5重量份
Penford®gum280 10重量份
Dow®XU31264.50 10重量份
c)涂料组合物C(对比)
Foamaster VF® 0.2重量份
Covercarb 85® 80重量份
Hydralux 91® 20重量份
Penford®gum 280 10重量份
Leucophor NS LIQ® 5重量份
Dow®XU31264.50 10重量份
Mowiol®3-83 5重量份
d)涂料组合物D(对比)
Foamaster VF® 0.2重量份
Covercarb 85® 80重量份
Hydralux 91® 20重量份
Leucophor NS LIQ® 5重量份
根据实施例1C的含金属的聚合物络合物 23重量份
Mowiol®是聚乙烯醇，获自Clariant Corporation。Celvol®是聚乙烯醇，获自Celanese Chemicals。Foamaster VF®是石油衍生物表面活性剂，获自Cognis Corporation。Covercarb 85®是碳酸钙，获自Omya Corporation。Ansilex 93®是煅烧高岭土粘土，获自Engelhard Corporation。Dow®XU31264.50是一种聚合物乳胶，来自Dow Chemical Company。Hydralux 91®是高岭土粘土，获自J.M.Huber Corporation。氯化钙获自Sigma Aldrich。Leucophor NS LIQ®是荧光增白剂(OBA)，来自Clariant Corporation。Hydrocarb®90是碳酸钙颜料，获自Omya。Extra White®是荧光增白剂，获自Nalco Company。Penford Gum 280是羟乙基化玉米淀粉，市售自Penford Products。
实施例3的涂料组合物是在实验室中使用55加仑的不锈钢制成的包套加工容器(来自A&B Processing System Corp.，Stratford，WI)来制备的。使用齿轮齿数比5：1和速度1500 rpm的Lighthin混合器(来自Lighthin Ltd，Rochester NY)来混合所述的组合物。对比组合物D(其不包含任何的表面活性剂)产生了这样的组合物，其在混合过程中具有非常高的粘度，并因此是不可涂覆的。涂料组合物A，B和C可以有效制备，并且满足纸张涂料的流变条件。
实施例4：纸张涂覆和图像测试
将涂料组合物3A，3B和3C(实施例3)施涂到TMP基纸的基纸两个面上，来在每个面上形成涂层。该涂覆方法是如下来完成的：使用密尔棒以少量通过手涂于平板涂覆位置，或者以大量通过装备有薄膜施胶压机的实验室涂覆机涂覆，来生产具有提高的纸张质量和印刷性能的介质纸。每个面上涂覆重量是10-15g/m2。然后将该纸张样品使用装备有颜料化油墨的高速网喷墨印刷机HT300(来自Hewlett-Packard Company)来进行印刷。
在印刷后，评价印刷物的图像质量，包括色域体积，黑色光密度(KOD)，边缘锐度，混色，白度和亮度。结果表示在下表3中。
色域体积度量了能够实现的色彩中包围的色空间体积(边界色空间是用8点L*，a*，b*测量来度量的；该8点的组成为下面的成像：100%实心黑色，100%实心青色，100%实心品红，100%实心黄色，实心红色(来自100%黄色和100%品红)，实心绿色(来自100%青色和100%黄色)，实心蓝色(来自100%青色和100%品红))。将X-rite供给的型号938的光密度计作为仪器用于测量色域体积。所用的设定是：D65/2°。结果作为3个测量的平均值来报告。
KOD度量了黑色光密度。KOD是通过X-rite供给的型号938的光密度计来测量的。所用的设定是：ANSI状态A。结果作为3个测量的平均值来报告。
边缘锐度(以微米来表示)度量了边缘从它的理想位置的几何失真的外观，参差不齐的边缘表现为粗糙的或者波纹状的，而非光滑的或者直的。边缘锐度的测量是来自拟合到所述线的边缘极限的线的残留物的标准偏差(垂直于该拟合线来计算)。边缘锐度是用在垂直位置处1mm理论宽度的黑线来测量的。该测量是在由Quality Engineering Associates(QEA)所提供的个人图像分析系统上进行的。结果作为6个测量的平均值来报告。
混色(以微米表示)度量了不同颜色的多个油墨膜层的边缘锐度。选择在黄色上的黑色(在实心区黄色上的1mm宽的黑线)作为代表性的度量。该测量是在由Quality Engineering Associates(QEA)所提供的个人图像分析系统上进行的。结果作为6个测量的平均值来报告。
白度度量了纸张的白色色调。所用的设定是室内CIE Ganz D65/10°，没有UV。使用由Macbeth提供的Color-Eye7000来测量。结果作为3个测量的平均值来报告。
亮度度量了纸张的亮度。所用的设定是：TAPPI T452。使用由Technidyne提供的Brightmeter Profile Plus来测量。结果作为3个测量的平均值来报告。
样品3A涂覆有实施例3的涂料组合物A。对比样品3B涂覆有实施例3的涂料组合物B。对比样品3C涂覆有实施例3的涂料组合物C。
表3
样品 域体积 KOD 边缘锐度 混色 CIE白度 TAPPI亮度
样品3A 197 1.48 6 27 94 89
样品3B 84 0.96 20 25 81 77
样品3C 103 1.01 24 28 81 77
这些数据证实了：在三种对比样品中，样品3A表现出优异的色域体积，优异的KOD，优异的边缘锐度和良好的混色性能，全部的印刷物质量表现出最佳的性能，同时表现出最高的白度和亮度。与样品3A相比，样品3B表现出较差的印刷物质量，较差的白度和亮度。与样品3A相比，样品3C表现出较差的印刷物质量，白度和亮度。
前述说明仅仅提出来说明和描述本发明示例性的实施方案。它的目的并非穷举的或者是将所述系统和方法限制到所公开的任何精确的形式。按照上述教导可以进行许多的改变和改进。其目的是将本发明的范围通过下面的权利要求来定义。

Claims (15)

1.一种涂料组合物，其包含：
a.颜料或者颜料混合物，
b.表面活性物质，和
c.含有金属的聚合物络合物，其具有+/-15毫伏的ζ电势值，这样的聚合物络合物是由下面的成分形成的：
i.金属盐，
ii.至少一种聚合物乳胶，和
iii.分子量10000-65000的聚乙烯醇。
2.根据权利要求1的涂料组合物，其中该颜料是白色颜料或者白色颜料混合物。
3.根据权利要求1的涂料组合物，其中该表面活性物质选自酪蛋白、大豆蛋白、多糖、纤维素醚、藻酸盐、淀粉和改性淀粉。
4.根据权利要求1的涂料组合物，其中该表面活性物质是淀粉或者改性淀粉。
5.根据权利要求1的涂料组合物，其中该含有金属的聚合物络合物在该涂料组合物中的存在量是该涂料组合物重量的3wt%-12wt%。
6.根据权利要求1的涂料组合物，其中该含有金属的聚合物络合物的平均ζ电势是0到-5毫伏。
7.根据权利要求1的涂料组合物，其中该含有金属的聚合物络合物的MFFT，最小成膜温度，是-10℃到30℃。
8.根据权利要求1的涂料组合物，其中在该含有金属的聚合物络合物中，聚合物乳胶与聚乙烯醇的混合重量比是1.4/1-2.5/1干重。
9.根据权利要求1的涂料组合物，其中该聚合物乳胶选自丙烯酸聚合物，乙酸乙烯酯聚合物，聚酯聚合物，偏氯乙烯聚合物，丁二烯聚合物，苯乙烯-丁二烯聚合物，丙烯腈-丁二烯聚合物。
10.根据权利要求1的涂料组合物，其中该聚乙烯醇具有60%-99%的高水解度。
11.根据权利要求1的涂料组合物，其中该金属盐是选自下面的金属阳离子：钙，镁，铝，其任意的组合和衍生物。
12.根据权利要求1的涂料组合物，其中该金属盐在该组合物中的存在比例是颜料总重量的1/20-1/4重量。
13.一种制造权利要求1的涂料组合物的方法，其中首先将分子量10000-65000的聚乙烯醇与聚合物乳胶进行混合，然后将金属盐加入到这种混合物中来形成含有金属的聚合物络合物；然后其次，将这样的含有金属的聚合物络合物加入到含有颜料和表面活性剂的颜料浆体中。
14.一种介质纸，其包含基底和布置在该基底上的涂料组合物，其中这样的涂料组合物包含颜料或者颜料混合物、表面活性物质和含有金属的聚合物络合物，该含有金属的聚合物络合物具有+/-15毫伏的ζ电势值，其中所述的含有金属的聚合物络合物包含金属盐、聚合物乳胶和分子量10000-65000的聚乙烯醇。
15.一种形成介质纸的方法，其包括：
提供基底和用液体涂料组合物涂覆所述的基底，该涂料组合物包含颜料或者颜料混合物、表面活性物质和含有金属的聚合物络合物，该含有金属的聚合物络合物包含金属盐、聚合物乳胶和分子量10000-65000的聚乙烯醇，其中该含有金属的聚合物络合物具有+/-15毫伏的ζ电势值。
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