CN102497993B - 喷墨记录介质 - Google Patents

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Abstract

一种用于形成喷墨记录介质的喷墨记录介质和涂料组合物。根据本发明的一个方面，公开了一种喷墨记录介质，在纸基材上包含接受油墨的涂层。所述接受油墨的涂层包括协同组合的颜料和漆基，使得所述喷墨记录介质表现出改善的喷墨印刷性能，特别是当用高速喷墨印刷机采用着色油墨印刷时。根据本发明的某些方面，所述喷墨记录介质进一步包含多价金属盐的面涂层，其进一步提高喷墨印刷的图像质量。

Description

喷墨记录介质
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年8月12日提交的序号为61/233,313的美国临时申请的优先权，其内容在此以引用方式并入。
背景技术
本申请涉及一种喷墨记录介质和用于形成喷墨记录介质的涂料组合物。更具体地，本发明公开的喷墨记录介质特别适用于高速多色印刷，例如高速喷墨印刷。
传统上，商业印刷机印刷产品目录，小册子和直接邮件使用胶印。但是，喷墨技术的进步已经导致渗透到商业印刷厂的增加。喷墨技术为胶印提供了高质量的代替品，用来改善响应速率、降低成本和提高产品需求。除了印刷高质量的可变图像和文本外，这些印刷机包含允许快速、高容量印刷的卷筒送纸系统。喷墨技术目前正应需在世界范围内被用于生产地方杂志、新闻、小批量印刷、教科书和票据印刷。
连续喷墨体系正处于开发阶段，其实现了胶印质量、生产力、可信度和成本，同时具有用于高容量商业应用的数字印刷的全部优势。这些体系允许连续喷墨印刷以扩展超越票据印刷机和二次压印的底版并进入高容量商业应用。柯达的料流喷墨技术是这一体系的一个实例。
根据本发明的某些方面，描述了一种记录介质，当使用用于商业印刷应用的高速喷墨印刷设备时，其提供快速的干燥时间、高光泽和优异的图像质量。
题为“用于多功能印刷的纸和涂层介质”(Schliesman等人)的美国专利申请公开No.2009/0131570公开了一种喷墨记录介质，其适用于胶印、喷墨印刷和激光印刷。该介质的配方包含具有粒径分布的阴离子基本颜料，其中至少96重量％的颗粒具有小于2微米的粒径；至少一种具有3微米或更小的粒径的无棱角砂的阳离子辅助颜料；基 于干颜料重量最多17重量％的胶乳，其中所述胶乳是亲水的丁苯胶乳；和助漆基。虽然该配方适用于许多商用喷墨印刷机，但其不适用于柯达料流印刷机。‘570公开的内容在此以引用方式并入。
发明简述
本申请描述了一种喷墨记录介质和用于形成喷墨记录介质的涂料组合物。根据本发明的一个方面，公开了一种喷墨记录介质，在纸基材上包含接受油墨的涂层。所述接受油墨的涂层含有颜料和漆基的协同组合，使得所述喷墨记录介质表现出改善的喷墨印刷性能，特别是当用高速喷墨印刷机采用着色油墨印刷时。根据本发明的某些方面，所述喷墨记录介质进一步包含多价金属盐的面涂层，其进一步提高喷墨印刷的图像质量。
根据某些实施方案，纸涂层包括基本颜料和辅助颜料的组合。所述基本颜料包括具有其中至少96重量％的颗粒具有小于2微米的粒径的粒径分布的阴离子基本颜料。所述辅助颜料是具有3微米或更小的粒径的无棱角砂的阳离子辅助颜料。所述涂层也包括漆基和任选的助漆基。
文石是特别有用的沉淀碳酸钙，其在颗粒形状和粒径分布方面不同于其它形式的碳酸钙，特别适用作基本颜料。文石具有针状结构，窄粒径分布使其特别适于作为基本颜料。虽然不希望被理论束缚，但是相信所述结构阻碍了颜料的紧密颗粒包裹并从不同的印刷技术提供了良好的油墨吸收所需的孔隙率。文石形式的使用在处理后具有可控孔隙率的纸上产生了一个表面，允许其适用于任何印刷工艺。
本发明的另一个实施方案涉及一种涂层片材，包括已经施涂上述涂层的纸基材。所述涂层片材对于许多类型的油墨是高吸收的。其从喷墨印刷机的若干次过辊中快速吸收油墨。
本发明的涂层和涂层纸特别适用于着色喷墨油墨。第二阳离子颜料的限制性使用能使阳离子颗粒和阴离子漆基和基本颜料之间的相互作用，打开了孔隙，改善了所述涂层的孔隙率。当施加第三油墨层和接下来的油墨层时，载体能够被所述涂层均匀地吸收，即使使用着色 油墨。
发明详述
用于生产喷墨记录介质的涂料通常包括至少两种颜料，基本颜料和辅助颜料。所述基本颜料可以是窄粒径分布的沉淀的阴离子颜料。所述辅助颜料可以是阳离子颜料。所述颜料通常是无机颜料。而且，所述涂料通常包括漆基和助漆基。基于干重，颜料通常占涂料组合物最大部分。除非另有说明，组分材料的量以基于每100份总颜料重量的组分份数的方式表示。
所述涂料的第一组分可以是具有窄粒径分布的阴离子颜料，其中96％的颗粒直径小于2微米。优选地，至少80重量％的颗粒应当小于1微米并且落入0.1-1μ的范围内。在另一个实施方案中，所述分布有至少85％的颗粒小于1微米并且落入0.1-1微米的范围内。在另一个实施方案中，98％的颗粒直径小于2微米。又一个实施方案使用碳酸钙，其中约98％的颗粒落入0.1-1.0微米的范围内。根据某些实施方案，所述基本颜料是总颜料重量的约65至约85份，更特别地是约70至约80份。
碳酸钙可以任何形式用作基本颜料，包括文石、方解石或其混合物。基于干重，碳酸钙通常构成涂层颜料的65-85份。在某些实施方案中，碳酸钙是颜料重量的约70至80份。文石是一种特别有用的碳酸钙。使用文石作为基本颜料的优点在于涂层的多孔结构更经得起压延以对其进行光泽处理。当其它形式的碳酸钙用于涂层时，表面孔隙可能被压实使得在取得显著量的光泽度之前失去一些吸收能力。特别有用的文石是特种矿物OPACARB A40颜料(特种矿物公司，伯利恒，宾夕法尼亚)。A40的粒径分布是其中99％的颗粒具有约0.1至约1.1微米的直径。
作为基本颜料，具有窄粒径分布的可选碳酸钙是OMYA CoverCarb85研磨方解石碳酸钙(OMYA代理，Oftringen，瑞士)。它提供了多孔结构，成功地吸收油墨，但更少的纸光泽显现出。根据某些实施方案，该碳酸钙的粒径分布是其中99％的颗粒具有小于2微米的直径。
所述辅助颜料通常是阳离子颜料。它被添加到涂料中，当完全装配后，通常具有总阴离子特性。阴离子涂料和阳离子颜料之间的吸引力被认为打开涂层的表面孔隙，提高了孔隙率和油墨吸收率。也降低了油墨干燥时间。另外，因为所述离子相互作用在非常小的规模上，所述改进的孔隙率在涂料表面是均匀的。
所述辅助颜料的粒径分布具有小于3.0微米的平均粒径并且通常是无棱角砂的。术语“无棱角砂”是指在325目筛上没有明显的颗粒。在一些实施方案中，所述辅助颜料中基本上所有颗粒的尺寸小于1微米。基于100重量份总颜料，所述辅助颜料的量通常小于20份。使用过量的阳离子组分可能导致不希望的离子相互作用和化学反应，其可以改变涂层的性质。所述辅助颜料可以以每100份总颜料大于5份的量存在。所述辅助颜料可以以约7-13份的量存在，更特别地是约10-12份。辅助颜料的实例包括碳酸盐、硅酸盐、硅石、二氧化钛、氧化铝和三水合铝。特别有用的辅助颜料包括阳离子OMYAJET B和C颜料(OMYA代理，Oftringen，瑞士)。
补加颜料是任选的，如果需要改进光泽、白度或其它涂层性能，可以在所述配方中包括阴离子颜料。最多附加30重量份干涂层颜料可以是阴离子补加颜料。最多25份，更特别地低于20份颜料可以是粗磨碳酸钙，另一种碳酸盐、塑性颜料、TiO2或其混合物。研磨碳酸钙的一个实例是Carbital 35碳酸钙(Imerys，拉兹维，佐治亚)。另一种补加颜料是阴离子二氧化钛，例如购自Itochu Chemicals America(White Plains，纽约)的那些。对于纸光泽度，空心球体是特别有用的塑性颜料。空心球体颜料的实例包括ROPAQUE 1353和ROPAQUE AF-1055(罗门哈斯，费城，宾夕法尼亚)。当使用具有微粒尺寸的精细颜料时，获得更高光泽的纸。所述补加颜料的相对量根据白度和所需的光泽水平改变。
所述涂层中加入主漆基用于粘结。所述主漆基可以是阴离子的并且在某些实施方案中是苯乙烯/丁二烯胶乳(“SBR胶乳”)。任选地，所述胶乳共聚物也包括最多20重量％的丙烯腈重复单元。根据某些实 施方案，所述SBR胶乳可以是羧基苯乙烯丁二烯共聚物胶乳混合料并且可以含有丙烯腈。可以使用高亲水性聚合物。有用的聚合物实例包括Genflo 5915 SB胶乳聚合物，Genflo 5086 SB胶乳聚合物，Gencryl PT 9525胶乳聚合物，以及Gencryl 9750 ACN胶乳聚合物(均购自RohmNova，亚克朗，俄亥俄)。根据又一实施方案，所述主漆基可以是淀粉，例如下面有关淀粉作为助漆基中描述的那些。根据某些实施方案，在涂料组合物中淀粉是唯一的漆基。每100份总颜料主漆基的总量通常是约2至约10份，更特别地是约3至约8份，并且在某些情况下是约3.5至约5份。
除了使用主漆基，所述涂料也可以包括助漆基。有用的助漆基的实例包括聚乙烯醇和蛋白质漆基。当存在时，所述助漆基的用量通常是基于干重每100份颜料约1至约4份助漆基，更特别地是每100份干颜料约1.5至3份助漆基。在一些实施方案中有用的另一种助漆基是淀粉。阳离子淀粉和阴离子淀粉都可以用作助漆基。ADM Clineo 716是一种乙基玉米淀粉(Archer Daniels Midland，克林顿，爱荷华)。Penford PG 260是另一种可以使用的淀粉助漆基的实例。如果使用阳离子助漆基，通常限制使用量使得保持所述涂层的总阴离子性质。应当小心地控制漆基水平。如果使用太少的漆基，所述涂层结构可能缺乏物理完整性，而如果使用太多的漆基，所述涂层可能变得更不渗水，导致油墨干燥时间变长。
根据某些实施方案，所述主漆基和助漆基以低于2.5∶1的比率存在，更特别地低于2.3∶1，在某些情况下低于2∶1(主漆基重量∶助漆基重量)。这些比率特别适用于含有胶乳聚合物主漆基和淀粉助漆基的配方。
在本发明的一些实施方案中，所述涂料不含任何明显干扰表面孔隙结构的添加剂。虽然从成本角度和其改善表面平滑度的性能考虑优选淀粉，但是不含淀粉的涂料可以得到改善的干燥时间性能。淀粉也有倾向填充表面的空隙并消除表面的孔隙。在一些实施方案中，所述涂料不含有淀粉。还有其它实施方案不含有粘土。在又一实施方案中， 所述涂料可以不含有二氧化钛。
可以使用其它任选的添加剂来改变所述涂层的性能。可以使用增白剂，例如Clariant T26光学增白剂(Clariant公司，麦克亨利，伊利诺)。不溶黏料和交联剂可以是有用的。一种特别有用的交联剂是Sequarez 755(RohmNova，亚克朗，俄亥俄)。当使用刮刀涂布机施加涂层时，任选加入润滑剂以降低摩擦。
常规混合技术可以用于配制涂料。如果使用淀粉，它通常在用淀粉蒸煮机蒸煮制备所述涂配制涂料前使用。根据某些实施方案，可以制备低至约35％固体的淀粉。个别地，包括基本颜料、辅助颜料和任何补加颜料的所有颜料可以分别混合若干分钟以确保不发生沉降。在实验室中，所述颜料可以在钻床混合器上使用桨式混合器混合。然后向所述混合器中加入主漆基，1-2分钟后接着加入助漆基。如果使用淀粉，通常当其从糊化锅中仍然是温热的时候将其加入混合器，约190
。最后的涂层通过将混合的组分分散在水中来制得。所述分散体的固含量通常是约55重量％至约68重量％。更特别地，固体可以是分散体重量的约58％至约62％。
又一个实施方案涉及具有在至少一个表面上已经施涂了涂料的纸基材的改进的印刷纸。可以使用任何涂布方法或装置，包括但不限于辊式涂布机、喷射涂布机、刮刀涂布机或棒式涂布机。对于施胶压榨、预涂层或未施胶的原纸，每侧每3300ft.2的涂布重量通常是约2至约10磅，更特别地是约5至约8磅。涂层纸通常会在约30lb.至约250lb./3300ft.2纸表面的范围内。然后任选地根据需要抛光所述涂层纸至所需的光泽度。
所述基材或基片可以是常规的基片。有用的基片的实例包括NewPage 60 lb.丝网胶印原纸，Orion和NewPage 105 lb.Satin Return Card基料，均来自NewPage公司(威斯康星拉皮兹，威斯康辛)。
所述喷墨记录介质也可以包括包含多价金属盐的面涂层。在本发明的某些实施方案中，所述多价金属是二价或三价阳离子。更特别地，所述多价金属盐可以是选自Mg+2、Ca+2、Ba+2、Zn+2和Al+3的阳离子，与合适的反离子结合。二价阳离子例如Ca+2和Mg+2是特别有用的。也可以使用阳离子的组合。
用于面涂层的盐的实例包括(但不限于)氯化钙、醋酸钙、硝酸钙、氯化镁、醋酸镁、硝酸镁、硫酸镁、氯化钡、硝酸钡、氯化锌、硝酸锌、氯化铝、羟基氯化铝和硝酸铝。类似的盐会被本领域技术人员所理解。特别有用的盐包括CaCl2、MgCl2、MgSO4、Ca(NO3)2和Mg(NO3)2，包括这些盐的水合物。也可以使用这些盐的组合。所述面涂层根据需要也可以含有各种添加剂为面涂层提供所需的性质。例如，所述面涂层配方可以含有流变改性剂。所述面涂层的涂布重量可以是每侧约0.15至约2.5gsm，更特别地是约0.5至约2gsm。
所述抛光的涂层纸可用于印刷。将油墨施加在涂层上形成图像。施加后，油墨载体渗入所述涂层并被吸入其中。涂层孔隙的数目和均匀性导致了均匀和快速的油墨吸收，即使当施加了多层油墨时。该涂层纸也可以很好地适用于多功能印刷，因而由喷墨印刷机的染料或着色油墨、激光印刷机的墨粉和胶印或凹版印刷或柔性版印刷机的油墨的组合在涂层纸介质上产生图像。
下列非限定性实施例举例说明了本发明的特定方面。
当使用柯达5300印刷机印刷时，包含精细碳酸钙(A-40文石，SMI公司)、塑性颜料(Rhopaque 1353，Omnova)、粗糙的碳酸钙(Covercarb-35，Omya)、阳离子碳酸钙(Omyajet-C，OMYA)、淀粉(PG 260，Penford)、丁苯胶乳(Gencryl PT 9525，Omnova)和交联剂(Sequarez 755，Omnova)的配方提供了优异的干燥时间和图像质量。该印刷机模拟了用柯达高速料流印刷机观察到的性能。在后续的涂层过辊(pass)中加入多价金属盐作为面涂层可以进一步提高图像质量。
下面的配方通过刮刀涂布机以6.5lbs(每3,300ft.2)涂布在NewPage，威克利夫，肯塔基工厂(mill)生产的60#原纸上。用于该实施例的原纸通常含有软木纤维和硬木纤维的混合物。软木纤维通常以约0-25％的量存在，硬木纤维以约100-75％的量存在。根据特别有用的原纸，所述软木纤维和硬木纤维分别以15％至85％的比率存在。所述原纸通常包括约40-50lb/ton的施胶压榨淀粉，在特定的实施方案中包括约45lb/ton的施胶压榨淀粉。
所述喷墨接受涂层在1200PLI/100°F下使用3nips/侧压延。测试对象使用含有标准柯达着色油墨的柯达5300印刷机印刷在所得纸上。测试对象包含Dmax黑、品红、靑、黄、红、绿和蓝色段(patches)。每个色段采用由QEA生产的专用IAS图像分析系统测试斑点(mottle)。斑点是在低空间频率(即在大范围的噪音)下发生的密度不均匀性。斑点的单位是使用软件中规定的缺省密度标准和颜色过滤器的反射率％。越低的斑点值表示越好的性能。下面的斑点结果是黑、品红、靑、黄、红、绿和蓝色段斑点的平均值。根据本发明的某些方面，可以得到低于2.0的斑点值，更特别地低于1.5，在某些情况下低于1.0。
对比样品也使用柯达5300印刷机印刷，并且以与测试样品相同的方式进行评估。对比样品采用Sterling Ultra Matte Text制备。Sterling Ultra Matte Text是在两面上都涂布有含有粘土、碳酸钙和胶乳漆基的涂层的涂层纸。在每一侧上的涂布重量通常是在62lb.的基片上约8-9lbs/ream。涂层片一般重量是80lb。
表1中的结果表明本发明实施例与对比实施例相比表现出改善的斑点。斑点可以通过用CaCl2的5％溶液外涂布抛光纸进一步改善。此外，外涂布有CaCl2的本发明实施例比外涂布有CaCl2的对比实施例具有优异的性能。用于面涂层的二价金属没有特别限定。可以使用的其它二价盐的实例包括钙或镁的盐，例如氯化镁和氢氧化钙。
表1：
表2：非限定性涂层配方实施例
  通用材料   窄范围   宽范围   实施例材料
    干重   干重  
  基本颜料   72-76   65-85   A-40
  补加颜料   2-8   1-10   Rhopaque 1353
  补加颜料   7-11   5-15   Covercarb-35
  辅助颜料   7-13   5-17   OMYA Jet C
  助漆基   1.5-3   1-5   PG 260 Starch
  漆基   3.5-5   2-10   Gencryl PT 9525
  交联剂   0.10-0.40   0.05-1.0   Sequarez 755

Claims (25)

1.一种喷墨记录介质，包含：纸基材；和喷墨接受涂料，所述涂料包含基本颜料，其中该基本颜料是具有其中至少96重量％的颗粒具有小于2微米的粒径的粒径分布的针状文石；具有3微米或更小的平均粒径的辅助颜料；基于100份总颜料2至8重量份的阴离子漆基；和助漆基，其中该漆基与该助漆基以低于2.5:1的重量比存在。
2.根据权利要求1的喷墨记录介质，进一步包含选自由碳酸钙和塑性颜料组成的组中的至少一种补加颜料。
3.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中当用着色的喷墨油墨印刷时，所述介质的斑点值小于2.0。
4.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述涂料不含有二氧化钛。
5.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述漆基是阴离子亲水性苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物胶乳。
6.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述涂料进一步包含选自由蛋白质漆基、聚乙烯醇、淀粉及其混合物组成的组中的助漆基。
7.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中基于100份总颜料，所述基本颜料以65至85份的量存在。
8.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述涂料进一步包含每100份总颜料以2至8份的量存在的塑性颜料。
9.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述涂料以2至7lbs./3,300ft.2的涂布重量存在。
10.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述漆基包含淀粉。
11.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述漆基由淀粉组成。
12.根据权利要求11的喷墨记录介质，进一步包含含有二价金属盐的面涂层，其中所述面涂层以0.15至2.5gsm的涂布重量存在。
13.根据权利要求12的喷墨记录介质，其中基于100份总颜料，所述漆基以3.5至5重量份的量存在。
14.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述漆基包含阴离子亲水性苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物胶乳并且喷墨接受涂料进一步包含助漆基，其中所述助漆基是淀粉。
15.根据权利要求14的喷墨记录介质，其中所述胶乳和淀粉以小于2.5:1的重量比存在。
16.根据权利要求1的喷墨记录介质，其还包含含多价金属盐的面涂层。
17.根据权利要求16的喷墨记录介质，进一步包含选自由碳酸钙和塑性颜料组成的组中的至少一种补加颜料。
18.根据权利要求16的喷墨记录介质，其中当用着色的喷墨油墨印刷时，所述介质的斑点值小于2.0。
19.根据权利要求16的喷墨记录介质，其中所述漆基是阴离子亲水性苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物胶乳。
20.根据权利要求16的喷墨记录介质，其中所述涂料进一步包含选自由蛋白质漆基、聚乙烯醇、淀粉及其混合物组成的组中的助漆基。
21.根据权利要求16的喷墨记录介质，其中基于100份总颜料，所述基本颜料以65至85份的量存在。
22.根据权利要求16的喷墨记录介质，其中所述涂料进一步包含每100份总颜料以2至8份的量存在的塑性颜料。
23.根据权利要求16的喷墨记录介质，其中所述涂料以2至7lbs./3,300ft.2的涂布重量存在。
24.根据权利要求16的喷墨记录介质，其中面涂层含有二价金属盐。
25.根据权利要求24的喷墨记录介质，其中所述二价金属盐包含氯化钙。
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