CN102803607A - 经涂覆的基底及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种制备经涂覆的基底的方法，其包括以下步骤：提供基底；在所述基底的至少一侧上施涂第一含水组合物的第一涂层，所述第一含水组合物包含BET表面积为40m2/g以上的多孔阴离子颜料颗粒和粘结剂，并向所述第一涂层上施涂第二含水组合物的第二涂层，所述第二含水组合物包含阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒和聚亚烷基二醇。已发现涂有第一涂层和第二涂层的组合的基底提供适于高品质且快速干燥喷墨印刷输出的基底。

Description

经涂覆的基底及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备经涂覆的基底的方法，以及经涂覆的基底本身。
发明背景
喷墨印刷机的发展导致对适于该目的的纸的需求。特别是，需要简单生产但仍能获得高质量喷墨印刷的纸。
已公开了使用各种涂料生产适于喷墨印刷的纸。这类涂料公开于美国专利申请公布2002/0039639、2002/0164464、2003/0099816、2003/0224129、2004/0255820和2005/0106317，美国专利4554181、5551975、6472013和6797347，和WO 03/011981、WO 01/53107、WO 01/45956、EP 947349、EP 1120281、EP 1106373和EP 1580019中。其它实例包括美国专利6416626、5352503和6110601，其公开了包含二氧化硅、聚乙二醇和有机粘结剂如淀粉或聚乙烯醇的涂料组合物。
基于二氧化硅或硅酸盐的新一代涂料组合物公开于WO 2006/049545、WO 2006/049546、WO 2006/049547和WO 2008/105717中。WO2006/049545公开了一种包含胶态二氧化硅或铝硅酸盐与增量剂颗粒组合的涂料组合物。WO 2006/049546公开了一种包含二氧化硅或铝硅酸盐与水溶性铝盐或阳离子聚合物组合的涂料组合物。WO 2006/049547公开了一种包含胶态二氧化硅或铝硅酸盐与水溶性铝盐或阳离子聚合物组合的涂料组合物，其可在没有任何有机涂料粘结剂下使用。WO 2008/105717公开了一种包含胶态二氧化硅或铝硅酸盐与水溶性铝盐或阳离子聚合物和聚亚烷基二醇组合的涂料组合物。
发明概述
本发明的目的是提供一种制备经涂覆的基底，尤其是适于喷墨印刷的经涂覆的基底的方法，该方法容易进行。本发明的另一目的是提供一种容易生产的经涂覆的基底，尤其是适于喷墨印刷的这种经涂覆的基底。本发明的又一目的是提供一种适于喷墨印刷且能获得高质量印刷输出的经涂覆的基底。
已发现以上目的可通过新的两种涂料组合物组合实现。
因此，在第一方面中，本发明涉及一种用于制备经涂覆的基底的方法，其包括以下步骤：a)提供基底；b)在所述基底的至少一侧上施涂第一含水组合物的第一涂层，所述第一含水组合物包含BET表面积为40m2/g以上的多孔阴离子颜料颗粒和粘结剂；和c)向所述第一涂层上施涂第二含水组合物的第二涂层，所述第二含水组合物包含阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒和聚亚烷基二醇。
在第二方面中，本发明涉及一种可通过本发明方法得到的经涂覆的基底。
在第三方面中，本发明涉及包括第一含水组合物和第二含水组合物的套件，其中第一含水组合物包含BET表面积为40m2/g以上的多孔阴离子颜料颗粒和粘结剂，第二含水组合物包含阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒和聚亚烷基二醇。
已发现涂有第一涂层和在第一涂层上的第二涂层的组合的基底提供适于高品质且快速干燥喷墨印刷输出的基底。尽管第二层非常适于保持和结合喷墨印刷机中所用油墨中的颜料和染料，尽管能赋予具有高光泽度的平滑表面，第二层在油墨液体吸收能力方面是差的。第一层在油墨液体吸收能力方面优秀，因此可帮助油墨液体吸收到表面中。因此，本发明能赋予适于具有高光泽和快速油墨干燥的喷墨印刷的经涂覆的基底。另外，本发明方法在生产设备中相对容易实施。
现在在以下发明详述中描述本发明的这些和其它方面。
应当指出本发明涉及所附权利要求的所有可能组合。
发明详述
本发明涉及一种经涂覆的基底，尤其是适于喷墨印刷的基底，和这种基底的制备方法。基底优选为纸或纸板幅，但也可预期其它基底，例如但不限于塑料膜(例如用于OH膜中)和织物幅。
待涂覆的纸和纸板可由任何种类的浆料制成，例如化学浆料如硫酸盐、亚硫酸盐和有机溶胶(organosolve)浆料，机械浆料如热机械浆料(TMP)、化学-热-机械浆料(CTMP)、精磨浆料或磨木浆，其来自基于原始或再循环纤维或其任何组合的硬木和软木漂白或未漂白浆料。也可根据本发明涂覆来自任何其它种类浆料的纸和纸板。纸和纸板可以为内部施胶至各种程度或未施胶的，且可含有常用填料如各种粘土、碳酸钙、滑石等。纸可任选为表面处理的，例如用淀粉表面处理。克重可在宽范围内变化，例如约40至约800g/m2或更高，或约70至约300g/m2。在以下描述中，术语纸指纸和纸板二者。
通常，本发明的经涂覆的基底在两步涂覆方法中生产。在第一步骤中，将如本文所定义的第一含水组合物施涂在基底如纸基底的至少一侧上以在其上形成第一涂层。在第二步骤中，将不同于第一含水组合物的如本文所定义的第二含水组合物施涂在第一涂层上以形成第二涂层。优选在第一涂层与第二涂层之间不配置其它涂层。
第一含水组合物包含BET表面积为40m2/g以上的多孔阴离子型、优选无机颜料颗粒和粘结剂，并通常以水分散体的形式施涂在基底上。组合物的BET表面积作为组合物中所有颜料颗粒的重均BET表面积计算。平均BET表面积为40m2/g以上的颜料颗粒优选包含沉淀二氧化硅、热解法二氧化硅或凝胶型二氧化硅或硅酸盐基颜料颗粒。优选无机颜料颗粒具有约50，例如约70至约500，例如至约400m2/g的BET表面。
本文所用“BET表面积”指由通过Brunauer，S，Emmett，P.H.和Teller，E，“Adsorption of gases in Multimolecular Layers”J.Am.Chem.Soc.，1938，60(2)，第309-319页所述方法的N2吸收测量和通过在177K下使用Micromeritics ASAP 2010仪器的N2吸附测量得到的表面积。
优选，第一含水组合物包含BET孔体积为从约0.15，如从约0.30，至约1.5，例如至约1.2cm3/g的颜料颗粒。本文所述“BET孔体积”指由通过Brunauer，S，Emmett，P.H和Teller，E(如前)所述方法的N2吸收测量得到的孔体积。
除上述二氧化硅或硅酸盐基颜料颗粒外或作为替代，第一组合物可包含其它类型的颜料颗粒。这类颜料颗粒的实例包括但不限于高岭石、蒙脱石、滑块石、碳酸钙矿物、沉淀碳酸钙、硫酸钙及其混合物。然而，优选在第一组合物中，二氧化硅颜料颗粒可构成颜料颗粒总量的50-100重量％。
沉淀二氧化硅指当含水介质中的最终二氧化硅颗粒凝结成疏松聚集体、回收、洗涤并干燥时形成的二氧化硅。沉淀二氧化硅可市购，例如以商标名TixosilTM、ZeolexTM 123等。
凝胶型二氧化硅指由硅胶形成的颗粒(通常描述为胶态二氧化硅邻近颗粒的连贯刚性三维网络)。凝胶型二氧化硅可市购，例如以商标名SylojetTM。
热解法二氧化硅指通过火焰水解法制备的二氧化硅。热解法二氧化硅可市购，例如以商标名CabosilTM和AerosilTM。
在第一含水组合物中包含一种或多种粘结剂从而第一组合物当干燥时在基底上形成具有合适性能如层完整性和对基础基底的附着力的涂层。在本发明实施方案中，所述一种或多种粘结剂包括一种或多种有机粘结剂。这种有机粘结剂的实例包括但不限于聚乙烯醇、任选改性的淀粉、树胶、蛋白质粘结剂(如酪蛋白和大豆蛋白粘结剂)、胶乳(例如基于苯乙烯丁二烯、丙烯酸酯、乙酸乙烯酯、乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物、苯乙烯丙烯酸酯等)及其混合物。粘结剂可例如以从约5pph(重量份/100重量份颜料)，如从约10，至约50，例如至约40pph，例如10-30pph的量存在。
另外，第一组合物可包含流变改性剂，例如纤维素，如羧甲基纤维素(CMC)。第一组合物中流变改性剂的量取决于所需粘度，并可以在从约0，如约0.5，至约15，例如至约10pph(重量份/100重量份颜料)的范围内。第一组合物通常为在水中的分散体的形式。组合物的水和任选流变改性剂的含量优选调节至得到具有合适粘度的组合物。该所需粘度水平取决于将组合物施涂在基底上的方法，如本领域技术人员已知的那样，但通常在100cP-2000cP范围内，25℃下在配有50rpm的4号心轴的布氏粘度计上测量。
第一含水组合物中颜料颗粒的总含量优选为总组合物的约1至约70重量％，最优选约5至约60重量％，特别最优选约10至约60重量％，或总含水组合物的约20或甚至约25至约60重量％。
第一组合物还可包含通常用于纸涂料组合物中的其它常规组分，例如但不限于荧光增白剂、着色染料、不溶粘料、润滑剂、杀微生物剂、稳定剂、施胶剂、消泡剂等。
第一含水组合物的颜料颗粒优选为阴离子型的。第一组合物的优选组分自然为阴离子型的，因此，该组合物的制备是本领域中惯常的。
使用本领域技术人员已知的任何类型涂覆设施将第一含水组合物施涂在基底上。通常将组合物施涂在基底上以在整个基底表面上形成基本连续涂层，即使还预期以图案化方式将涂层设置在基底上。
优选将第一含水组合物以足够得到每基底涂覆侧干组合物重量为约0.4至约40g/m2，更优选约0.5至约40g/m2，最优选约1至约25g/m2的第一涂层的量施涂在基底上。
将第二含水组合物施涂在由第一含水组合物得到的第一涂层上以在基底上形成层化结构。第二含水组合物包含阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒，并进一步包含聚亚烷基二醇。聚亚烷基二醇优选构成第二含水组合物中有机材料总量的50-100，例如60-100或70-100重量％。第二含水组合物中聚亚烷基二醇含量基于100重量份干二氧化硅或硅酸盐基颗粒优选为从约2pph(重量份/100重量份干二氧化硅或硅酸盐基颗粒)，如约10，至约60，如至约50，例如至约40pph。
已发现聚亚烷基二醇的存在能赋予高颗粒浓度，使得可以以单一涂覆操作将大量颗粒施涂在纸或纸板上。另外，优异结果可通过将纸或纸板用不包含或仅包含低量其它有机材料，特别是有机粘结剂的第二含水组合物涂覆得到。因此，第二含水组合物优选不含有机粘结剂，或包含基于颜料颗粒的总量小于30，优选小于10，最优选小于3或小于1重量％有机粘结剂。这类有机粘结剂的实例包括但不限于以上关于第一含水涂料组合物提到的那些。
本文所用术语聚亚烷基二醇指氧化烯的聚合物，优选基本不含其它共聚单体。优选的聚亚烷基二醇基本不含取代基。有用的聚亚烷基二醇包括聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇及其混合物，其中聚乙二醇是特别优选的。聚亚烷基二醇的平均分子量Mw优选为从约10,000，例如从约20,000，至约500,000，例如至约300,000D。高分子量，例如高于100,000，例如高于或约200,000D在一些情况下是有利的，因为这容许在较高温度下砑光，这又容许具有更高光泽度的产品。
第二含水组合物包含阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒，优选为合成和无定形的。已发现相当高量的阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒与聚亚烷基二醇的组合赋予经涂覆的基底如经涂覆的纸的优异印刷性能。
阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒优选具有约5-125nm，例如10-100nm的胶态颗粒平均直径。第二含水组合物中的阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒可聚集成平均直径优选为小于约25μm，更优选小于约15μm的多孔聚集体。应当理解这类多孔聚集体的平均直径总是大于形成它们的颗粒的平均直径。本文所用术语直径指等效球形直径。聚集体的表面积通常与形成聚集体的阳离子胶态颗粒基本相同。阳离子胶态颗粒的表面积优选为约30至约600m2/g，更优选约30至约450m2/g，最优选约40至约400m2/g或约50至约300m2/g，如根据G.W.Sears在J.Anal.Chem，28，1981中描述的方法测量。
第二组合物中胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒的净表面电荷主要为正的，在这种情况下这些颗粒称为阳离子型的。
第二含水组合物的二氧化硅或硅酸盐基颗粒的阳离子性质可例如通过使用主要包含阳离子二氧化硅或硅酸盐基颗粒的市售组合物如阳离子硅溶胶，或通过将阳离子组分加入主要包含阴离子二氧化硅或硅酸盐基颗粒如阴离子硅溶胶的组合物中而实现。
第二组合物优选包含水溶性铝盐、阳离子有机聚合物或其混合物作为阳离子组分。
水溶性铝盐优选以约0.1至约10重量％，最优选约0.2至约5重量％的量存在于第二含水组合物中，以基于胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒的重量％Al2O3计。可使用任何含铝盐，盐的实例包括氯化铝、聚氯化铝、聚硅酸硫酸铝、硫酸铝及其混合物。铝可部分或完全存在于胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒和任选其它颜料颗粒的表面上或水相中。
第二含水组合物中水溶性铝盐的总含量可源自阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒。然而，颜料组合物也可包含其它水溶性铝盐。
阳离子有机聚合物的平均分子量Mw优选为约2,000至约1,000,000D，最优选约2,000至约500,000D或约4,000至约200,000D。电荷密度优选为约0.2至约12meq/g，最优选约0.3至约11meq/g，或约0.5至约10meq/g。阳离子有机聚合物优选以基于干颜料颗粒的量为约0.1至约20重量％，更优选约0.3至约15重量％，最优选约0.4至约10重量％的量存在于第二含水组合物中。合适阳离子有机聚合物的实例包括合成和天然聚电解质如PAM(聚丙烯酰胺)、聚DADMAC(聚二烯丙基二甲基氯化铵)、聚烯丙胺、聚胺、多糖及其混合物，优选满足关于分子量和电荷密度的以上规格。阳离子聚合物可部分或完全存在于胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒和任选其它颜料颗粒的表面上或水相中。
第二含水组合物中阳离子聚合物的总含量可源自阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒。然而，颜料组合物也可包含其它阳离子聚合物。
特别优选的第二含水组合物包含如上所述的水溶性铝盐和如上所述的阳离子聚合物之一或二者。
第二含水组合物中阳离子二氧化硅或硅酸盐基颗粒的干含量优选为约0.5至约70重量％，最优选约1至约60重量％。
在一个实施方案中，第二组合物的阳离子胶态颗粒包含二氧化硅基颗粒。在另一实施方案中，阳离子胶态颗粒包含硅酸盐基颗粒，例如铝硅酸盐或硼硅酸盐。胶态硼硅酸盐颗粒的实例和它们的制备方法包括例如WO99/16708中所述那些。也可使用各种阳离子胶态二氧化硅基和硅酸盐基颗粒的混合物或其聚集体。
第二含水组合物中阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒优选源自胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒的溶胶。第二含水组合物中胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒的溶胶优选由碱金属硅酸盐的水溶液形成，其中碱金属离子被氢离子取代。为得到低盐含量溶胶，优选使用离子交换或膜方法。基于离子交换的方法遵循R.K.Iler，“The Chemistry of Silica”1979，第333-334页所述的基本原理并产生包含二氧化硅或硅酸盐基颗粒的胶态带负或正电荷颗粒的水溶胶。
第二含水组合物可包含二氧化硅的胶态颗粒，其可被或未被表面改性，例如可被或未被金属氧化物或其它金属盐如铝、钛、铬、锆、硼或任何其它合适金属的氧化物或其它盐表面改性。
合适的胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒的水溶胶可市购，例如以商标名LudoxTM、SnowtexTM、
Figure BDA0000121888800000081
NyacolTM、VinnsilTM或FennosilTM。
不同于通过将例如沉淀二氧化硅、凝胶型二氧化硅或热解法二氧化硅的粉末分散而形成的溶胶，通过离子交换或膜方法由碱金属硅酸盐制备的溶胶中的胶态颗粒从未被干燥成粉末。
已发现通过离子交换由碱金属硅酸盐制备的溶胶，特别是具有相当低表面积的那些导致颜料颗粒对下面表面的如此良好附着，以致可省去有机粘结剂。
第二含水组合物中部分或所有阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒可以为聚集体的形式。颗粒在溶胶中聚集形成聚集体的分散体可用任何合适方法进行，例如R.K.Iler，“The Chemistry of Silica”1979，第364-407页所述那些。聚集度可通过测量粘度和应用Einstein and Mooney等式(例如参见R.K.Iler，“The Chemistry of Silica”1979，第360-364页)跟踪。聚集可作为单独的步骤进行或在还包含其它颜料颗粒的混合物中进行。
在一个实施方案中，将阴离子溶胶(包含带负电荷胶态颗粒)和阳离子溶胶(包含带正电荷胶态颗粒)混合，导致由这两种溶胶形成颗粒的阳离子聚集体。
在另一实施方案中，将盐，优选选自二价、多价或复盐，加入阴离子或阳离子溶胶中，也导致阳离子聚集体的形成。盐的实例为氯化铝、聚氯化铝、聚硅酸硫酸铝、硫酸铝、碳酸锆、乙酸锆、碱金属硼酸盐及其混合物。
在又一实施方案中，使用桥联物质以由初级颗粒形成聚集体。合适桥联物质的实例为合成和天然聚电解质如CMC(羧甲基纤维素)、PAM(聚丙烯酰胺)、聚DADMAC(聚二烯丙基二甲基氯化铵)、聚烯丙胺、聚胺、淀粉、瓜尔胶及其混合物。
也可使用包含1、2或所有三种以上聚集方法的任意组合。
第二含水组合物还可包含一种或多种其它无机材料的颗粒，例如高岭石、蒙脱石、滑块石、碳酸钙矿物、沉淀碳酸钙、硫酸钙、沉淀二氧化硅、凝胶型二氧化硅、热解法二氧化硅及其混合物的颗粒。
第二含水组合物中阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒的含量优选为固体颗粒总量的约10-100重量％，最优选约30-100重量％或约50-100重量％。
第二含水组合物中颗粒的总含量优选为约1至约80重量％，最优选约5至约70重量％，特别最优选约10至约60重量％或约20或甚至约25至约60重量％。
第二含水组合物还可包含常用于纸涂覆的其它添加剂，例如荧光增白剂、着色染料、不溶粘料、润滑剂、杀微生物剂、稳定剂、施胶剂、消泡剂等以及来自原料的各种杂质。其它添加剂和可能的杂质的总量基于干含量优选为0至约50重量％，最优选0至约30重量％。颜料组合物的总干含量优选为约2至约80重量％，最优选约10至约75重量％或约20或甚至30至约75重量％。
已发现作为第二含水组合物，包含具有低表面积，优选450m2/g以下且通过如前所述离子交换由碱金属硅酸盐制备的胶态初级二氧化硅或硅酸盐基颗粒或其聚集体的颗粒的组合物是优选的。
第二含水组合物通常通过将聚亚烷基二醇和包含胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒的含水组合物混合而制备。优选将聚亚烷基二醇加入阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒的水分散体中，例如通过将固体粉末溶于水分散体中，但也可预先稀释或溶于例如水中。包含水溶性铝盐和/或阳离子有机聚合物的组合物优选通过将这些组分与水分散体如本文所述的还任选包含其它颜料颗粒的胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒的溶胶混合，然后加入聚亚烷基二醇而得到。优选将胶态二氧化硅或硅酸盐颗粒、水溶性铝盐和阳离子聚合物以避免显著胶凝或沉淀的方式混合。例如，可将铝盐和阳离子聚合物混合以形成其水溶液，然后可向其中加入胶态和任选其它颜料颗粒的水分散体，优选在搅拌下进行，以确保所得分散体中总是存在颗粒的阳离子净电荷。将胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒和任选其它颜料颗粒与铝盐和阳离子聚合物混合的各种合适方法也描述在先前提到的WO 2006/049546和WO 2006/049547中。
优选将第二含水组合物以足够得到每基底涂覆侧干组合物重量为约0.4至约40g/m2，更优选约0.5至约40g/m2，最优选约1至约25g/m2的第二涂层的量施涂。
将第一和第二含水组合物施涂在基底上以形成涂层的方法包括但不限于刮刀涂覆、气刀涂覆、辊涂、幕涂、喷涂、加压施胶(press size)涂覆和流延涂覆。在计量膜压涂(metering film press coating)的情况下，可使用各种棒和棒压力，例如约0.5至约8巴，例如约1至约5巴。
当涂覆纸或纸板时，涂覆可在纸或纸板机中进行或在纸或纸板机外进行。
在施涂涂料以后，将经涂覆的基底干燥，在机器上涂覆的情况下，干燥在机器的干燥段中进行。可使用任何干燥方法，例如红外线照射、热空气、加热筒或其任何组合。然后可使纸经受任何种类的常规处理如砑光等。可使用各种砑光压力(线荷载)以实现理想的表面平滑度，例如约20kN/m或更低至约700kN/m或更高，或从约50或约100至约600kN/m。
优选，在通过用第一组合物涂覆以后且在用第二组合物涂覆基底以前的基底上进行中间干燥步骤以及任选砑光步骤。
本文所用术语涂覆指其中将颜料施涂在基底的表面上的任何方法，因此不仅包括常规涂覆，而且包括其它方法如着色。
本发明的一个方面涉及包括如本文所述第一含水组合物和如本文所述第二含水组合物的套件，其意欲用于如本文所述涂覆基底如原纸。
本发明的另一方面涉及一种可通过上述方法得到的经涂覆的基底，尤其是经涂覆的纸或纸板。本发明的经涂覆的基底，尤其是经涂覆的纸或纸板包含在至少一侧上具有如上所述第一含水组合物的第一涂层和置于第一涂层上的如上所述第二含水组合物的第二涂层的基底。将第一和第二含水组合物在其施涂以后至少部分干燥。关于第一和第二组合物的其它详情和实施方案，参考其以上描述。
本发明的经涂覆的纸优选具有在75°下60％以上的光泽度值，通过BYK Gardner方法测量。
现在在以下实施例中进一步描述本发明。除非另外说明，所有份和百分数指重量份和百分数。表示为pph的含量涉及每100份干颜料颗粒的份数。
实施例1
在这些试验中，生产含两层涂层的经涂覆的纸。为此，制备各种配制剂并施涂在原纸(来自Staples Inc.的80g/m2复印纸)上。
a)制备用于第一涂层的配制剂
制备具有不同无机颜料组成的六种配制剂。将颜料在搅拌(10000rpm)下分散在水中。加入粘结剂苯乙烯丁二烯胶乳(来自Eka Polymer Latex Oy的Litex P6115)，其后加入CMC(来自Noviant Oy的Finnfix 10)。将配制剂调节至8.5-9.5的pH(2M NaOH)，然后在使用以前在温和搅拌下保持2小时。在所有配制剂中，胶乳的加入量相同，为15pph，即基于100份干颜料为15份干胶乳。CMC的量在3-6pph之间变化以得到约500cP的粘度(布氏粘度计，25℃，4号心轴，50rpm)。计算配方以在所有6个配制剂中得到相同的固体含量(33重量％)。在下表中更详细地给出配制剂。
表1
Figure BDA0000121888800000121
1.来自Huber Inc.的Zeolex 123
2.来自Imerys Minerals的Capim NP
3.来自Grace Davison的Sylojet P 612
4.来自Omya.的Hydrocarb 60
＊根据N2吸附所测定的颜料的表面积(BET)和孔体积。
b)制备用于第二涂层的配制剂
制备具有44重量％的干含量的浆料。颗粒共混物为硅溶胶(来自EkaChemicals的Bindzil 50/80)和粘土(来自Imerys Minerals的Capim NP)的混合物。分散体中硅溶胶与粘土之间的干重比为75/25。Bindzil 50/80具有约80m2/g的表面积。为将溶胶中的二氧化硅颗粒阳离子化，将8.3pph聚氯化铝(来自Clariant的Locron L)和5.0pph聚DADMAC(来自Katpol的Polyquat 40U 05NV)在Ultra-turrax中与颗粒共混物一起混合。这些聚铝(表示为Al2O3)和聚DADMAC的加入分别以基于100份干颗粒的干产物份数(pph)计算。该浆料在下文中称为浆料A。
通过在相当温和的混合(磁力搅拌器)下将水和不同的聚乙二醇/氧化物(PEG)产物混入浆料A中而制备4种配制剂。调整水的加入以所有配制剂中得到41重量％的固体浓度。PEG的量基于100份干颗粒为25干份。最终配制剂的粘度为500-1500cP(布氏粘度计，25℃，3号心轴，50rpm)。在表2中详细给出配制剂的配方。
表2
Figure BDA0000121888800000141
a)来自Fluka的聚乙二醇20000(重均分子量20kD)
b)来自Fluka的聚乙二醇35000(重均分子量35kD)
c)来自Sigma-Aldrich的聚氧化乙烯(重均分子量100kD)
d)来自Sigma-Aldrich的聚氧化乙烯(重均分子量200kD)
c)涂料施加、纸和印刷试验
通过刮涂法将涂料配制剂施涂在纸的一侧上。该方法意味着涂布器为绕线棒且这通常用于实验室涂覆试验中。首先将来自表1的配制剂作为第一涂层施涂在纸表面上，然后将纸在80℃下在光泽干燥鼓上干燥。第一涂层的干涂层重量为16-24g/m2。然后将表2给出的配制剂作为第二涂层施涂在第一涂层上并再次将纸在转鼓上干燥。第二涂层的重量为7-13g/m2。
将双涂覆的纸在实验室砑光机(来自DT Paper Science，芬兰)中砑光。砑光在22℃下进行且纸在35kN/m的线荷载下通过砑光机三次，其后将线荷载提高至130kN/m，其后在该线荷载下将纸通过10次。在测试各个性能以前将纸保持在23℃和50％RH下。下面给出关于所用试验方法的说明。
在印刷纸以前，测量纸的光泽度。测量在75°角下用来自BYK-GardnerGmbh的微型光泽度计进行。使用两台喷墨印刷机：HP 6980(来自HewlettPackard)和Canon iP4500(来自Canon)印刷各种纸。这两台印刷机使用染料基油墨。印刷图片由七种色块：青色、洋红色、黄色、绿色、蓝色和黑色组成。测试印刷的各种性能。
色域体积.用分光光度计(来自Technidyne的Colour Touch 2)测量印刷的单元和未印刷纸并计算色域体积。域体积与CEI L＊a＊b＊色空间中的十二面体近似，颜色测量得到十二面体中的角(参见“Rydefalk Staffan，WedinMichael；Literature review on the colour Gamut in the PrintingProcess-Fundamentals，PTF-report no 32，1997年5月”)。
油墨干燥时间.这些试验在黑色印迹上进行，因为该油墨对于两台印刷机而言是最慢干燥的油墨。试验通过将棉纸轻轻在黑色印刷区域上擦拭而进行，且这在已印刷纸以后的各个时间(秒)时进行。当棉纸上没有出现变黑时认为油墨是干的。
油墨擦除.试验在已印刷纸以后24小时进行。在这种情况下，将棉纸在黑色区域摩擦并进行视觉判断出现多少的棉纸变黑(好＝无变黑，一般＝轻微变黑，差＝棉纸上严重变黑)。
在表3(印刷机HP 6980)和4(印刷机Canon iP4500)中，给出关于各种第一和第二涂层组合的所有试验结果。
表3
印刷机HP 6980
Figure BDA0000121888800000151
表4
Canon iP印刷机
Figure BDA0000121888800000161
结果表明，对于所有组合均得到高印刷质量(色域体积)光泽纸。然而，油墨干燥很大程度上取决于第一涂层的性质。具有含有一般量多孔高表面积颜料如沉淀或凝胶二氧化硅的第一涂层，预涂层1、预涂层3和预涂层5的那些纸得到比具有其它第一涂层的纸快得多的油墨干燥。也可看出当高分子亮PEG存在于第二涂层纸时，油墨擦除倾向更低。
实施例2
在该实施例中，制备用于第二涂层的两种不同配制剂用于在普通复印纸(Staples Inc.)和涂有配制剂预涂层1(参见前述实施例1中的表1)作为第一涂层的复印纸上的涂覆试验。第一涂层如实施例1中施涂，在这种情况下涂层重量为8.5g/m2。
在制备用于第二涂层的配制剂中，将17.6g聚氯化铝(来自Clariant的Locron L，40％，以干Al2O3表示)、10.6g聚DADMAC(来自Katpol的Polyquat 40U 05NV，40重量％溶液)和22g水在Ultra Turrax混合机(10000rpm)中混合并经受高剪切。在连续高剪切混合下向该溶液中缓慢加入242g来自Eka Chemicals的Bindzil 50/80(50重量％)。所得颜料浆料(下文称为配制剂B)具有45.5％的干含量。
用于第二涂层的第二配制剂，配制剂C通过在磁力搅拌下将15.5gPEG(来自Sigma-Aldrich的聚氧化乙烯，分子量200kD)和15g水混入150g配制剂B中而制备。这得到基于100份硅溶胶颜料25份PEG。该配制剂中干含量为46.4重量％。用两种配制剂B和C进行三次实验；
1.用配制剂B在涂有预涂层1的纸上涂覆。
2.用配制剂C在涂有预涂层1的纸上涂覆。
3.用配制剂C在普通复印纸上涂覆。
第一涂层的施涂和纸的砑光如实施例1中进行。光泽度和印刷的纸HP6980如实施例1中进行。在Hewlett Packard上将纸喷墨印刷。如先前实施例所述评估色域体积、油墨干燥时间和油墨擦除。在表5中显示这些试验的结果。
表5
Figure BDA0000121888800000171
这些结果表明关于色域体积的高品质印刷输出。然而，对于具有含有多孔高表面积颜料如沉淀二氧化硅的第一涂层和含有PEG的硅溶胶基第二涂层组合的纸(表中的概念2)，得到最高的光泽度和最快的油墨干燥。
实施例3
在这些实验中，使用阳离子硅溶胶，来自Eka Chemicals的BindzilCAT 220。该产品含有30重量％固体且具有220m2/g的表面积。两种用于第二涂层的配制剂基于该硅溶胶制备。一种(D)含有5pph PEG，另一种(E)具有15pph PEG(基于100份干Bindzil的干份数)。在这种情况下，PEG为分子量为100kD的聚氧化乙烯产品(Sigma-Aldrich)。将涂有预涂层1(参见实施例1中的表1)作为第一涂层的纸用两种配制剂D和E(31％固体)实验室涂覆。作为参比，将一组涂有预涂层1的纸也用单独的Bindzil产品(无PEG)涂覆。将纸如实施例1所述砑光、印刷和测试。另外，用来自BYKGardner的微型光泽度计测量印刷光泽度。在各个印刷色块上进行一次测量并计算平均结果。在这些试验中使用两台印刷机：HP D5460和HP 8250，前一台具有颜料型油墨，而后一台使用染料基油墨。在表6和7中分别给出关于两台印刷机的所有试验结果。
表6
HP D5460
Figure BDA0000121888800000181
表7
HP 8250
Figure BDA0000121888800000182
根据色域的印刷质量对于所有两层试样而言都是好的，即比普通未涂覆复印纸得到的色域高约60％。此外，当顶涂层含有PEG(实施例中的概念D和E)时，油墨干燥速率就具有颜料型油墨的印刷机(HP D5460)而言提高。对于另一台印刷机(HP 8250)，油墨不取决于第二涂层中的PEG含量而立即干燥，这意味着第二涂层的性质在这种情况下较不关键。
就概念D和E而言，来自两台印刷机的纸光泽度以及印刷输出的印刷光泽度显著高于参比。

Claims (15)

1.一种制备经涂覆的基底的方法，其包括以下步骤：
a)提供基底；
b)在所述基底的至少一侧上施涂第一含水组合物的第一涂层，该第一含水组合物包含BET表面积为40m2/g以上的多孔阴离子颜料颗粒和粘结剂；和
c)向所述第一涂层上施涂第二含水组合物的第二涂层，该第二含水组合物包含阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒和聚亚烷基二醇。
2.根据权利要求1的方法，其中所述基底为纸或纸板。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述第一含水组合物包含沉淀二氧化硅颗粒、热解法二氧化硅颗粒或凝胶型二氧化硅颗粒作为颜料颗粒。
4.根据权利要求3的方法，其中所述沉淀二氧化硅颗粒、热解法二氧化硅颗粒或胶凝二氧化硅颗粒构成所述第一组合物中干颜料颗粒的50-100重量％。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将所述第一含水组合物以至少1g/m2的干组合物重量施涂在所述基底上。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述第二含水组合物中的所述阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒具有约30至约600m2/g的BET表面积。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述第二含水组合物中的所述阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒源自胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒的溶胶。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒包含胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒和选自水溶性铝盐、阳离子聚合物及其混合物的阳离子组分。
9.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述第二含水组合物中的所述胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒具有约5至约125nm的平均直径。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述聚亚烷基二醇具有10,000-500,000D的重均分子量。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述聚亚烷基二醇包括聚乙二醇。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述聚亚烷基二醇以基于100份所述胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒至少2pph的重量浓度存在于所述第二组合物中。
13.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将所述第二含水组合物以至少1g/m2的干组合物重量施涂在所述第一涂层上。
14.一种经涂覆的基底，其包含至少一侧涂有第一涂层和在所述第一涂层上的第二涂层的基底，其中：
所述第一涂层包含第一含水组合物，该第一含水组合物包含BET表面积为40m2/g以上的阴离子多孔颜料颗粒和粘结剂，该第一含水组合物已至少部分干燥，和
所述第二涂层包含第二含水组合物，该第二含水组合物包含阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒和聚亚烷基二醇，该第二含水组合物已至少部分干燥。
15.包括第一含水组合物和第二含水组合物的套件，其中所述第一含水组合物包含BET表面积为40m2/g以上的阴离子多孔颜料颗粒和粘结剂，所述第二含水组合物包含阳离子胶态二氧化硅或硅酸盐基颗粒和聚亚烷基二醇。
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