CN103154371A - 表面处理组合物和包含表面处理组合物的纸或纸板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于纸、纸板或其它纤维平幅的表面处理组合物，其中所述组合物包含淀粉粒子，所述淀粉粒子包含至少一种盐。本发明还涉及用所述组合物进行了表面处理的纸或纸板。

Description

表面处理组合物和包含表面处理组合物的纸或纸板

技术领域

本发明涉及包含淀粉粒子的表面处理组合物，其预期用于纸、纸板或其它纤维平幅(fibrous webs)的涂布或者表面施胶。本发明还涉及包含所述组合物的纸或纸板。

背景技术

将在复印机、激光印刷机、喷墨印刷机和其它不同的印刷方法如平版印刷(offset printing)和柔性版印刷(flexoprinting)中使用的所有纸和纸板的主要部分用一些种类的组合物进行表面处理，以改善纸或纸板的印刷性能以及其它性质。所述组合物经常为表面施胶组合物或者涂布着色剂(coating color)。

如果组合物主要包含溶解形式的淀粉，那么将表面处理组合物称为表面施胶剂。如果组合物含有一些种类的呈固体粒子形式的颜料，那么将组合物称为着色组合物或者涂布着色剂。

表面施胶组合物主要由改性淀粉或者其它水胶体或者表面施胶剂组成。而且，表面施胶改善纸或纸板表面的表面强度和印刷性能。

含有颜料的组合物，即，着色组合物或者涂布着色剂，最常用于改善纸的印刷性能。而且，纸或者板的表面光滑度得到改善并且可改善印刷油墨吸收的控制。油墨着色剂应主要吸附在纸的表面上并且油墨的溶剂应渗透至纸中。除此之外，另外的优点是纸呈现改善的"触感"。

常规涂布着色剂通常含有无机颜料，所述无机颜料最常由碳酸钙和/或粘土组成。也存在其它颜料例如二氧化硅，和在罕见的情况下，也存在有机颜料如塑料颜料。除了塑料颜料，所述涂胶也含有可由溶解淀粉和/或合成粘合剂组成的粘合剂。常用合成粘合剂的实例为苯乙烯丁二烯乳胶和丙烯酸酯乳胶。

喷墨印刷对印刷纸具有高要求，因为油墨必须在基底上快速干燥，可是却提供高印刷质量，例如高光印刷密度、最小化的羽化(feathering)和流淌(bleeding)和低透印。近年来，已经发现，当将多价盐如氯化钙添加至表面施胶剂时，施用的油墨将快速沉积在纸的表面上并引起印刷质量的显著改善。这在喷墨印刷中是尤其有利的。US6207258披露了可用于表面处理喷墨印刷片状基底的组合物，所述组合物包含二价金属的盐。

有时将多价阳离子(例如钙)以润滑剂如硬脂酸钙的形式添加至施胶或者涂布组合物。然而，在例如硬脂酸钙中，钙的浓度不够高，以至于不能引起印刷质量的希望的效果。因此，在这种产品中，钙量需要高于传统用量。

将多价盐添加至涂布和/或施胶组合物的一个问题是，实现希望的效果所需要的高浓度盐经常导致流变问题和不希望的沉淀。当将高用量如1-5份盐添加至带阴离子电荷的施胶组合物、着色组合物或者涂布组合物时，这种问题尤其严重。多价阳离子与在造纸中使用的典型带阴离子电荷的聚合物或者矿物质或添加剂强烈地相互作用。带阴离子电荷的粒子的钙稳定性的改善例如可通过提供空间或者电空间稳定性来改善。然而，高用量的电解质可导致胶质絮凝和沉淀。

喷墨印刷可用不同类型的油墨(基于染料的油墨、基于颜料的油墨或者基于颜料和染料的组合的油墨)进行。当用基于染料的油墨印刷时，淀粉，尤其是交联淀粉，改善纸或纸板的印刷性质。用作表面处理组合物的交联淀粉例如描述在WO03021039中。基于颜料的油墨的印刷性质通过金属盐的存在得到改善。

本发明的目的是，寻找以下问题的解决方案：将添加剂如多价金属盐添加至表面施胶和/或涂布或者着色组合物，在改善基于染料和基于颜料的油墨的印刷性质的同时，不干扰组合物的流变特征。

发明内容

上面的目的和其它优点通过本发明的表面处理组合物实现。

本发明涉及用于纸、纸板或其它纤维平幅的表面处理组合物，其中所述组合物包含淀粉粒子，所述淀粉粒子包含至少一种盐。

优选地，将至少一种盐结合在淀粉粒子中。以此方式，可提高添加至表面处理组合物和纸或纸板表面的盐量。

所述至少一种盐优选为多价金属如二价或者三价金属的盐。所述盐优选为钙盐、镁盐或者铝盐，优选为氯化钙或者聚合氯化铝。

淀粉优选为交联淀粉。通过在表面处理组合物中使用交联淀粉，可使组合物和/或淀粉经历升高的温度，而不会溶解全部量的淀粉粒子。以此方式，淀粉粒子倾向于留在经处理的纸或纸板的表面上，并因此不吸收至纸或纸板中。这改善纸或纸板的印刷性质。交联淀粉的另一个优点是，改善印刷油墨的吸收。重要的是，油墨的着色剂被吸收并主要保持在纸的表面上，并且溶剂，即水或者油墨溶剂，被组合物快速释放并被纸吸收。由于组合物的改善的吸收，也可提高添加至纸或纸板的油墨量。因此，纸或纸板不再对大量油墨敏感，其使得可改善要求高油墨量的印刷物如图片的印刷质量。此外，油墨的一些溶剂需要交联聚合物以适当地工作。

淀粉优选通过一种或者多种选自以下的化合物交联：甲基胺化合物、多元酸、多元酸酯、多元酰卤、多元酸酐、多醛(polyaldehydes)、多环氧化物(polyepoxides)、多异氰酸酯(polyisocyanates)、二乙烯基化合物、磷酰氯、多胺多环氧化物树脂(polyamine polyepoxide resin)、1,4-丁二醇缩水甘油基醚、表氯醇、三偏磷酸酯、乙酸和两种和三种质子酸的酸酐混合物(mixtures ofanhydrides of acetic acid and two and three protonic acids)、次氯酸钠，或其混合物。

组合物包含的淀粉粒子的量优选超过65重量%，并且在20-50°C的整个温度范围内，在组合物中至少10重量%的淀粉由淀粉粒子组成。当在组合物中存在粒子形式的淀粉时，改善经处理的纸或纸板的松厚度和硬度。

在组合物的盐和淀粉之间的比率优选为1:50-1:5。在组合物中存在淀粉和盐的最佳量。较多或者较少的淀粉以及盐将劣化纸或纸板的喷墨印刷性质。

组合物优选包含溶解的淀粉。溶解的淀粉将充当组合物的粘合剂。

组合物也可包含添加剂，优选为阴离子或者两性添加剂，其将改性淀粉粒子。以此方式，可改变粒子电荷，使得它们更稳定或者与其它添加剂或者与纤维更相容。

本发明还涉及纸或纸板产品，其包含本申请所述的表面处理组合物的表面层。

具体实施方式

本发明的表面处理组合物包含包封至少一种盐的淀粉粒子。可将所述盐说成包埋在淀粉粒子中。在表面处理组合物中这种粒子的使用提高基于染料和基于颜料的油墨的印刷性质。此外，这种组合物降低包含与本发明组合物一样高的盐浓度飞现有技术组合物所相关的流变和粘度问题。

因此，在表面处理组合物中可使用较高的盐浓度，而不会导致流变或者粘度问题。

通过将本发明的表面处理组合物添加至纸或纸板的表面，可提高纸或纸板的表面上的盐量，同时着眼于整个纸或纸板，与现有技术解决方案相比盐量降低。这是由于，表面处理组合物和相应的组合物的盐在较大程度上保留在纸或纸板的表面上。因此添加的盐不吸收至纸或纸板中，使得可减少为了在表面上实现希望的盐量并因此实现良好印刷性质而添加的盐量。

本发明表面处理组合物的另一个优点是，它改善纸或者板的印刷性质，因为印刷的油墨的着色剂吸收在表面上并因此不被经处理的纸或纸板吸收。交联淀粉吸收油墨，由于淀粉添加并保留在纸或纸板的表面上，油墨因此也保留在表面上，以及不会进一步吸收至纸或纸板中。而且，油墨也将与结合的盐接触，因为淀粉粒子将吸收油墨并且油墨因此将与淀粉粒子中的盐接触。这也改善印刷性能，因为油墨吸收在纸或纸板的表面上。以此方式，表面处理组合物适用于基于染料和基于颜料的油墨。

组合物优选还包含溶解的淀粉。溶解的淀粉将充当粘合剂。由于存在溶解的淀粉，组合物也将包含当淀粉溶解时释放的溶解的盐。溶解的盐将以与现有技术中使用的金属盐相同的方式(即，当将盐作为单独的组分添加至纸或纸板表面时)改善经处理的纸或纸板的印刷性质。而且，溶解的盐也将降低组合物粘度，其使得可提高组合物的干物质含量(dry content)。

可将表面处理组合物同时视为表面施胶组合物和涂布着色剂。本发明的表面处理组合物优选同时包含溶解的淀粉以及淀粉粒子。结果，组合物给予经处理的纸或纸板施胶和涂布性质。

盐优选为多价金属的盐，例如二价或者三价金属盐，例如添加的钙盐、镁盐或者铝盐。优选使用氯化钙或者聚合氯化铝。本发明的包含多价金属盐的粒子的使用使得可添加较高浓度的多价金属盐至施胶或者涂布组合物，而不会不利地影响组合物流变。以此方式，可改善施胶或者涂布的纸或者板的印刷性能。而且，本发明粒子的使用也降低组合物中的多价盐的游离阴离子如氯离子的浓度，由此降低腐蚀危险。

淀粉粒子优选为交联的。干淀粉粒子的粒度优选为1-1000μm，甚至更优选为1-100μm。优选地，淀粉粒子为交联淀粉凝胶。在无交联或者极低程度的交联时，如果淀粉浆液被加热，那么淀粉溶解。在提高程度的交联时，溶解的淀粉量降低。在本发明中使用的淀粉可具有非常不同程度的交联。从相对低程度的交联，其中在约20-50°C的温度约10重量%(以组合物的总重量计)的淀粉作为固体粒子存在，其余淀粉以溶解形式构成粘合剂，至高程度的交联，其中在上面给出的温度区间内约100%的淀粉作为固体粒子存在。优选地，在约20-50°C时，组合物的至少15重量%，优选至少20重量%(以组合物的总重量计)的淀粉含量由本发明的淀粉粒子构成。应注意的是，刚才所述与超过65重量%(以所述组合物的总重量计)的固体含量应为淀粉粒子的限制不矛盾，因为组合物的固体颜料基本上仅包含这些淀粉粒子或者仅以非常少的量包含其它类型的颜料。与交联程度无关，组合物也可含有其它类型的可溶淀粉或者一些合成聚合物，以得到足量的粘合剂和进一步改善的印刷性能。这种聚合物的实例为苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯马来酸酐共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基甲酰胺。

淀粉也可为交联的分裂淀粉(fragmented starch)。

淀粉优选基于马铃薯、玉蜀黍、小麦、糯玉米、大米或者木薯。淀粉可为非离子的或者离子的，例如阴离子的、阳离子的或者两性的。

为了进一步改善上述的纸性质，例如印刷性能，可将淀粉另外改性。可将淀粉改性为阳离子活性的、阴离子活性的、两性的或者疏水的。阳离子交联淀粉可更好地与基于染料的油墨(其为阴离子的)反应。

优选地，淀粉呈现0.01-0.30的取代度(degree of substitution)，并且甚至更优选0.02-0.20的取代度。然而，不带电荷的淀粉也可根据本发明工作。

根据本发明的一个方面，表面处理组合物也可包含少量的呈固体粒子形式的其它颜料。这种颜料可例如由碳酸钙、粘土、二氧化硅和/或氧化铝构成。然而，也可想到的，并且在许多情况中优选的是，组合物的固体含量基本上仅由本发明的淀粉粒子构成。组合物也可包含表面活性剂。

组合物也可包含添加剂，优选地，带电荷的添加剂，其使得可按希望的方式改变淀粉粒子的电荷。添加剂可优选为阴离子的或者两性的。通过将添加剂添加至包含淀粉粒子的组合物，粒子将被改性。因此可改性淀粉粒子，以使它们更稳定，使它们与纤维或者与造纸中常用的其它组分更相容。添加剂可优选为羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇、阴离子半乳葡甘露聚糖、阴离子淀粉、聚磷酸、海藻酸聚丙烯酸(alginate polyacrylic acid)、蛋白质、阴离子聚丙烯酰胺、阴离子二氧化硅、造纸明矾和聚甲基丙烯酸。

而且，本发明组合物也改善施胶或者涂布的纸或纸板的亮度、不透明度、松厚度、表面光滑度和空气阻力。一个原因是，表面处理组合物的淀粉粒子是无定形的，因此它们与常规颜料相比具有大得多的比表面。当使用喷墨印刷机时，组合物的高比表面很可能也是纸的印刷性质改善的原因，因为提高数目的具有较小半径的毛细管，油墨向纸中的吸收被改善。这种大表面在平版印刷中也有利地吸收印刷油墨。而且，已经观察到，淀粉粒子，即使是非凝胶化的，也呈现有利的粘性表面。

本发明还涉及包含上述表面处理组合物的纸或纸板产品。纸或纸板尤其适于用苯胺印刷或者数字印刷技术进行印刷，例如喷墨印刷、电子照相印刷、液体调色剂印刷或者静电印刷。本发明组合物的一个大优点是，它可用于基于染料和基于颜料的油墨。例如，它适于混合印刷产品，其中一种印刷方法基于颜料的水基喷墨油墨(pigmented water based inkjet inks)。而且，本发明也适用于混合油墨，其在这里涉及含有染料和颜料粒子两者的油墨。

表面处理组合物向纸或纸板的表面的添加可按任何常规方式进行。例如，可通过棒涂、刀涂、喷流式涂布(fountain coating)、喷涂或者其它已知涂布技术将组合物转移至表面。

可将盐以数种不同的方式结合至淀粉粒子中。可在淀粉交联之前或者之后将盐结合在淀粉粒子中。如果使用交联的分裂淀粉，可在分裂淀粉之前或者之后结合盐。

可将交联淀粉粒子(可选择地，交联的分散淀粉)添加至包含溶解的盐的溶液。淀粉粒子将在溶液中胀大，因此溶解的盐被吸收并因此被淀粉粒子结合，从而形成本发明的粒子。

产生淀粉粒子的另一个可能性是在交联淀粉的产生期间，因此可将盐以液体或者固体状态正好在用于产生交联淀粉的挤出机之前添加。如果需要，在挤出期间升高压力和/或温度。

在淀粉粒子中结合盐的第三种方式是将盐添加至淀粉浆液并在蒸汽加压锅中处理。在蒸汽加压锅中，通过将直接蒸汽添加至锅中，升高温度和压力。以此方式，形成包含盐的淀粉粒子。

本发明可有利地用于不同类型的纸，例如用于喷墨印刷机的纸、信封纸、复印纸、用于激光印刷机的纸或者其它类型的纸或纸板。也可将组合物添加至非纤维物质，例如生物聚合物膜(优选地，位于纤维物质的表面上)。

本发明不限于所述实施方案，而是可在权利要求的范围内改变。

Claims (10)

1.用于纸、纸板或其它纤维平幅的表面处理组合物，其特征在于所述组合物包含淀粉粒子，其中所述淀粉粒子包含至少一种盐并且其中所述组合物的盐和淀粉之间的比率为1:50-1:5。

2.权利要求1的组合物，其特征在于所述盐结合在所述淀粉粒子中。

3.权利要求1或者2中的任一项的组合物，其特征在于所述至少一种盐为多价金属如二价或者三价金属的盐。

4.前述权利要求中的任一项的组合物，其特征在于所述盐为钙盐、镁盐或者铝盐，优选为氯化钙或者聚合氯化铝。

5.前述权利要求中的任一项的组合物，其特征在于所述淀粉为交联淀粉。

6.权利要求5的组合物，其特征在于所述淀粉通过一种或者多种选自以下的化合物交联：甲基胺化合物、多元酸、多元酸酯、多元酰卤、多元酸酐、多醛、多环氧化物、多异氰酸酯、二乙烯基化合物、磷酰氯、多胺多环氧化物树脂、1,4-丁二醇缩水甘油基醚、表氯醇、三偏磷酸酯、乙酸和两种和三种质子酸的酸酐混合物、次氯酸钠，或其混合物。

7.前述权利要求中的任一项的组合物，其特征在于所述组合物包含的淀粉粒子的量超过65重量%，并且在20-50°C的整个温度范围内所述组合物中至少10重量%的淀粉由淀粉粒子组成。

8.前述权利要求中的任一项的组合物，其特征在于所述组合物包含溶解的淀粉。

9.前述权利要求中的任一项的组合物，其特征在于所述组合物包含添加剂，优选为阴离子或者两性添加剂。

10.纸或纸板，其特征在于它包含表面层，所述表面层包含权利要求1-9中的任一项的表面处理组合物。