CN103201428A - 数字打印中的打印介质用的表面施胶组合物 - Google Patents

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Abstract

施胶压榨(SP)表面施胶组合物提供数字打印系统(200)中使用的打印介质(100)用的SP表面施胶剂(120)。该表面施胶组合物包括包含大约25%至大约75%干重量的量的大分子材料；大约3%至大约20%干重量的量的无机金属盐；和至少16%至大约60%干重量的量的无机颜料的水性混合物，以使总干重量等于大约100%。

Description

数字打印中的打印介质用的表面施胶组合物
对相关申请的交叉引用
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关于联邦赞助研究或开发的声明
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背景
打印技术可大致分成两类：模拟和数字。常见的模拟技术是胶版打印、柔版打印、凹版打印和丝网打印。喷墨和电子照相打印是最盛行的数字技术。数字打印优于其模拟对应物的优点在于可以数字改变打印输出，意味着每一打印页可以不同。为了改变模拟打印机的打印输出，必须制造新的一组成像板或模板。数字打印法在低运行长度（页数）下更成本有效，而大页数模拟打印更经济。打印品质是打印方法之间的另一比较向量。模拟打印品通常具有较优的图像品质并通常以较高打印速度运行，但数字打印随着打印机硬件、打印油墨和打印介质的进步而接近模拟打印的品质和打印速度。
自八十年代中期以来，电子照相（EP）打印——常称作激光打印，在需要高品质、看起来专业的打印信息的消费者中是流行的选择。现有技术状况的商业EP打印机如今具有与平版胶印打印机匹敌的图像品质。
喷墨打印机如今常见和实惠，并且即使在较低打印速度下也能获得照片品质。它们用在家庭打印、办公室打印和更最近，商业打印中。喷墨技术在商业打印市场中的关键优点在于打印宽度容易缩放并可实现高打印速度。
数字打印中所用的打印介质对打印属性，如打印品质、打印机耐久性和可靠性以及打印速度（它们是对打印机制造商和最终用户而言重要的属性）具有各种影响。对打印介质制造商的挑战在于制造可以使这些打印属性保持最佳状态的打印产品。
附图简述
参照联系附图考虑的下列详述更容易理解本文所述的各种特征，其中类似标号指定类似结构元件，且其中：
图1显示根据本文所述的原理的打印介质的一个实例的侧视图。
图2显示根据本文所述的原理的数字打印系统的一个实例的方框图。
图3显示根据本文所述的原理制造表面施胶组合物的方法的一个实例的流程图。
图4显示根据本文所述的原理制造打印介质的方法的一个实例的流程图。
某些实例具有补充和代替上述附图中图解的特征的其它特征。下面参照上述附图详述这些和其它特征。
详述
在本文中描述了表面施胶组合物、包括该表面施胶组合物的打印介质和包括该打印介质的数字打印系统的实例。此外，在本文中描述了制造该表面施胶组合物的方法和制造该打印介质的方法的实例。该表面施胶组合物是包括大分子材料、无机颜料和无机盐的配制的水性混合物，其中相对于市售表面施胶组合物，一定量的无机颜料代替了一定量的大分子材料。该打印介质包括用该表面施胶组合物施胶的用于数字打印的基于纤维素的纸，且数字打印系统包括喷墨技术、干电子摄影术（EP）和液体EP之一。
该表面施胶组合物在本文中也被称作施胶压榨（SP）表面施胶组合物。根据定义，“SP表面施胶组合物”或“SP表面施胶剂”在使用造纸设备（即造纸机）的施胶压榨机的在线表面施胶法的过程中直接施加在或打算直接施加在基于纤维素的纸幅的表面上。在造纸过程中的在线表面施胶法中，用施胶压榨机将至少包含具有大分子量的材料（即“大分子材料”）的溶液施加到纸幅表面。根据本文所述的原理的SP表面施胶组合物和制造打印介质的方法的实例有别于通常在纸涂布工艺中用离线涂布机添加到制成的纸上的纸涂料。例如，用单独的涂布机以小于800米/分钟（m/min.）的涂布速度离线施加纸涂料，其具有在纸的每面至少5克/平方米（gsm）或更大的干涂层重量和大于大约1000厘泊（cP）的粘度。相反，根据本文中的原理的SP表面施胶组合物用造纸机或设备的施胶压榨机以例如不小于800 m/min.和高达3,500 m/min.的造纸速度、纸幅的每面小于5 gsm的较低涂层干重量和小于大约200 cP的较低粘度在线施加。此外，根据本文所述的原理的SP表面施胶组合物和制造打印介质的方法的实例有别于下面进一步描述的在造纸过程中的内部填料和内施胶。
该纤维素纸幅可以由任何合适的木浆或非木浆制成。合适的纸浆组合物的非限制性实例包括，但不限于，机械木浆、化学磨木浆、化学-机械浆、热机械浆（TMP）和上述一种或多种的组合。在一些实例中，该纤维素纸幅包含漂白硬木化学牛皮纸浆。该漂白硬木化学牛皮纸浆在总纤维含量中含有例如多于70重量%的硬木纤维，其具有比软木浆短的纤维结构（大约0.3至大约0.6毫米长度）。该较短纤维结构有助于良好形成例如卷或片形式的纸产品。
此外，可以将填料并入例如纸浆中以基本控制卷或片形式的纸产品的物理性质。填料颗粒填充纤维网络的空隙空间并实质产生比没有填料时更致密、更平滑、更明亮和不透明的片材。填料还可显著降低成本，因为填料通常比纸浆本身便宜。并入纸浆中的填料的实例包括，但不限于，重质碳酸钙、沉淀碳酸钙、二氧化钛、高岭土、硅酸盐、塑料颜料、三水合氧化铝和上述任何材料的组合。纸浆中的填料量可包括多达例如20重量%。在一些实例中，纸浆中的填料量为卷或片形式的纸产品的大约0%至大约20%。在另一实例中，填料量为卷或片形式的纸产品的大约5%至大约15%。在一些实例中，如果填料百分比大于20重量%，可以降低纸浆的纤维至纤维间粘合，这随之可降低卷或片形式的所得纸产品的挺度和强度。
此外，可以包括例如内施胶。内施胶可改进纸浆纤维的内结合强度，也可控制卷或片形式的纸产品的抗水性液润湿、渗透和吸收性。可以通过在造纸的湿部中将施胶剂添加到纤维配料（或纸浆纤维来源）中来实现内施胶加工。合适的内施胶剂的非限制性实例包括松香基施胶剂、蜡基施胶剂、纤维素-反应性施胶剂和另外的合成施胶剂和它们的组合或混合物。内施胶程度可通过Hercules Sizing Test (HST)值表征。在一些实例中，该基于纤维素的纸幅具有存在1至50的低HST值的内施胶（即软内施胶）。在一些实例中，HST值为大约1至大约10。过度内施胶可能影响例如纸产品上的打印品质，其可能造成打印在纸产品上的油墨的颜色与颜色间的渗色（color-to-color bleed）。
本文所用的冠词“一”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一种或多种”。例如“一填料”通常是指一种或多种填料，因此“所述填料”在本文中是指“所述一种或多种填料”。本文所用的术语“至少”是指数值等于或大于所列数值。本文所用的术语“大约”是指所列数值可相差+或-20%，例如“大约5”是指4至6的范围。与两个数值一起使用的术语“之间”，例如“在大约2至大约50之间”包括这两个所列数值。本文中提供的任何数值范围包括在所提供的范围内或之间的数值。本文所用的术语“基本”是指大部分、或几乎全部或全部，或例如大约51%至100%范围的量。在本文中提到“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“上”、“下”、“左”或“右”在本文中无意构成限制。此外，本文中的实例仅意在举例说明并为论述而非作为限制给出。
根据本文所述的原理的表面施胶组合物在水性混合物中包含大约25%至大约75%干重量的量的天然或合成大分子材料；大约3%至大约20%干重量的量的无机金属盐；和大于15%至大约60%干重量的量的无机颜料，以使总干重量等于大约100%。该水性混合物是在在线造纸中施胶压榨（SP）施加的表面施胶组合物。与市场中的市售办公打印纸的表面施胶相比，根据本文所述的原理的SP表面施胶组合物特别具有下列一项或多项：较低的大分子材料含量、较低的盐含量和较高的无机颜料（填料）含量。在一些实例中，与市售办公打印纸相比，根据本文所述的原理的SP表面施胶组合物具有下列每一项：较低的大分子材料含量、较低的盐含量和较高的无机颜料（填料）含量。
该大分子材料是充当SP表面施胶组合物的施胶剂和粘合剂的高分子量材料，如高分子量聚合材料。在一些实例中，该大分子材料包括合成聚合物和天然聚合物之一或两者。特别地，根据定义，该大分子材料是水溶性或水分散性的，具有强成膜能力并可以将无机颜料颗粒粘合形成连续层。此外，根据定义，该大分子材料对无机金属盐呈惰性。本文所用的术语“成膜”是指，在干燥过程中，或者说在从基于纤维素的纸幅中除去水性溶剂时，该大分子可形成连续网络，或胶乳颗粒可聚集在一起以形成连续膜，或在宏观层面对水性溶剂或水分的连续阻隔层。本文所用的术语“惰性”是指该大分子材料不与固定剂相互作用以致导致聚合物沉淀、胶凝或形成任何种类的固体颗粒，这不利地降低大分子材料的粘合能力和SP表面施胶组合物的铺展能力。
大分子材料中可用的合成聚合物的实例包括，但不限于，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸胶乳、苯乙烯-丁二烯胶乳、聚乙酸乙烯酯胶乳和任何上述单体的共聚物胶乳和它们的组合或混合物。大分子材料中可用的天然聚合物的实例包括，但不限于，酪蛋白、大豆蛋白、多糖、纤维素醚、藻酸盐、原生淀粉和变性淀粉、和任何上述聚合物的组合。淀粉种类包括，但不限于，玉米淀粉、马铃薯淀粉和小麦淀粉，和衍生淀粉和变性淀粉，包括但不限于，乙基化淀粉、氧化淀粉、阴离子淀粉和阳离子淀粉。例如，可以使用乙基化淀粉，如来自Grain Processing Corp., Muscatine, IA的K96F，或羟乙基醚衍生玉米淀粉，如来自Penford Products Co., Cedar Rapids, IA的Penford? 280 Gum（即2-羟乙基淀粉醚、羟乙基淀粉或乙基化淀粉）。
在一些实例中，该大分子材料在水性混合物中的干重量的量为大约25%至大约70%，或大约30%至大约60%，或大约30%至大约55%，或大约30%至大约50%，或大约30%至大约45%，或大约35%至大约60%，或大约40%至大约60%，或大约45%至大约60%，或大约50%至大约60%，或大约55%至大约75%，或大约30%至大约55%，或大约35%至大约55%，或大约40%至大约55%，或大约45%至大约55%。在一些实例中，该大分子材料的干重量的量为大约33%，或大约41%，或大约45%，或大约54%，或大约72%。在一些实例中，该大分子材料的量基本等于水性混合物中无机颜料的量。在一些实例中，无机颜料的量大于水性混合物中大分子材料的量。
该无机颜料可以是任何种类的无机白色填料。可用的无机颜料的实例包括，但不限于，硅酸铝、高岭土、碳酸钙、二氧化硅、氧化铝、勃姆石、云母和滑石和它们的组合或混合物。在一些实例中，该无机颜料包括粘土或粘土混合物。在一些实例中，该无机颜料包括碳酸钙或碳酸钙混合物。碳酸钙可以是例如重质碳酸钙（GCC）、沉淀碳酸钙（PCC）、改性GCC和改性PCC中的一种或多种。此外，可以使用本文所述的任何无机颜料的其它组合。例如，该无机颜料可包括碳酸钙和粘土的混合物。在另一实例中，该无机颜料可包括两种不同的碳酸钙（例如GCC和PCC）。在一个实例中，可以使用碳酸钙，例如来自Omyajet AG Aktiengesellschaft, Switzerland的OMYAJET? C440 (GCC)。在另一实例中，可以使用碳酸钙，例如来自Minerals Technologies, Inc., NY的ALBAGLOS? S（0.6微米PCC）。在另一实例中，可以使用硅铝酸盐粘土，例如来自INEOS Silicas, Joliet, IL的ZEOCROS? PF/S。
在一些实例中，该SP表面施胶组合物的无机颜料材料与湿部造纸中所用的上述内部填料基本相同。当该SP表面施胶组合物的无机颜料与内部填料基本相同时，可以实现成本节省和/或较低的制造复杂性。例如，使用GCC和PCC之一或两者作为施胶压榨中SP表面施胶组合物中的无机颜料和作为造纸湿部中的内部填料可通过体积杠杆和类似的储存和供应系统提供较低的价格。
该无机颜料包含各自的填料的颗粒。该SP表面施胶组合物中的无机颜料颗粒的平均粒度为例如大约0.1至大约3微米。在一些实例中，平均粒度为大约0.5至大约1.5微米。在一些实例中，无机颜料颗粒具有由粒度分布指数（I）——根据下列公式的粒度比——表示的粒度分布：
I = (D85/D15)1/2
其中D85是大约85%的无机颜料颗粒根据分布曲线在尺寸上小于这一值的以微米计的平均粒度（m），且其中D15是大约15%的无机颜料颗粒在尺寸上小于这一值的平均粒度。例如，粒度分布指数（I）可以为大约1至大约10。在另一些实例中，粒度分布指数（I）可以为大约1至大约9，大约1至大约8，或大约1至大约7，或大约1至大约6，或大约1至大约5，或大约1至大约4，或大约1.5至大约4。
在一些实例中，无机颜料在水性混合物中的干重量的量为大约8%至大约60%，或大约9%至大约60%，或大约10%至大约50%，或至少16%至大约60%，或大约20%至大约60%，或大约25%至大约50%，或大约30%至大约50%，或大约35%至大约50%，或大约40%至大约50%，或大约45%至大约50%，或大约45%至大约60%。在一些实例中，无机颜料的干重量的量为大约9%，或大约27%，或大约41%，或大约45%，或大约49%干重量。
在一些实例中，该无机颜料包含多种颜料填料。例如，该无机颜料可包含第一颜料填料，如碳酸钙，和不同于第一颜料填料的第二颜料材料。例如，第二颜料填料可以是具有微孔结构或可以在造纸过程中在基于纤维素的纸的表面上固化过程中形成微孔结构的任何有机或无机颜料。特别地，在基于纤维素的纸上的固化微孔结构成为图像接收层或表面。“图像接收层或表面”是指适合从例如数字打印机接收油墨的打印介质表面。颜料填料的代表性实例（例如有利于该图像接收层）包括碳酸钙、沸石、二氧化硅、滑石、氧化铝、三水合铝（ATH）、硅酸钙、高岭土、煅烧粘土和任何这些的组合或混合物。
第一颜料填料与第二颜料填料可以以大约3:1至大约20:1的比率提供。例如，第一颜料填料可以以大约24%至大约36%的干重量的量提供，第二颜料填料可以以大约8%至大约12%的干重量的量提供。在另一实例中，第一颜料填料可以以大约25%至大约35%的干重量的量提供，第二颜料填料可以以大约5%至大约7%的干重量的量提供。在另一实例中，第一颜料填料可以以大约30%至大约40%的干重量提的量供，第二颜料填料可以以大约3%至大约4%的干重量的量提供。在一些实例中，第一颜料填料是碳酸钙材料且第二颜料填料是不同的碳酸钙材料或硅铝酸盐粘土材料。
在一些实例中，该无机金属盐是可溶于pH大约7至大约12的水性混合物的标准元素周期表第2或3族的金属的多价金属盐。在一些实例中，可以使用金属卤化物盐，例如金属氯化物或金属溴化物盐。在另一些实例中，可以使用金属硝酸盐。该无机金属盐的非限制性实例包括氯化钙（CaCl2）、氯化镁（MgCl2）、氯化铝、氯化铍、硝酸钙、硝酸镁、硝酸铝和硝酸铍和它们的组合或混合物。
在一些实例中，无机金属盐在水性混合物中的干重量的量为大约5%至大约20%，或大约6%至大约20%，或大约7%至大约20%，或大约8%至大约20%，或大约9%至大约20%，或大约9%至大约19%，或大约9%至大约15%，或大约10%至大约20%，或大约12%至大约20%，或大约15%至大约20%，或大约17%至大约20%，或大约18%至大约20%，或大约18%至大约19%，或大约9%至大约17%，或大约10%至大约15%。在一些实例中，无机金属盐的干重量的量为9%至9.5%，或18%至18.5%，或18.5%至19%，或19%至19.5%。在一些实例中，一价金属盐可以代替多价盐或与多价盐混合使用。但是，至少在代替多价盐使用时，以比上文为多价盐提供的量多的量提供一价盐以实现类似打印品质（下面进一步描述打印品质），因为一价盐的效率低于多价盐。例如，可以使用标准周期表第1族的一价金属的卤化物盐。
该表面施胶组合物的水性混合物具有大约7至大约12的pH。在一些实例中，该水性混合物的pH为例如大约7.5至大约12.5，或大约8至大约11，或大约8.5至大约11.5，或大约9至大约10.5，或大约9.5至大约12.5，或大约10至大约12。在一些实例中，该水性混合物的pH为大约8.5至大约12，或大约9至大约11，或大约9.5至大约10.5，或大约10至大约11。
该表面施胶组合物的水性混合物具有大约10%至大约25%干重量的目标固含量。在一些实例中，以干重量计的实际固含量为大约11%至大约23%，或大约12%至大约22%。在一些实例中，实际固含量为12%至12.5%，或13%至14%，或13.5%至14%，或22%至22.5%。
此外，该表面施胶组合物的水性混合物具有用布鲁克菲尔德粘度计，Brookfield Engineering Laboratories, MA以100 rpm心轴速度在室温下测得的大约10 cP至大约200 cP的粘度。在一些实例中，该粘度为大约15 cP至大约190 cP，或大约20 cP至大约180 cP，或大约25 cP至大约170 cP，或大约30 cP至大约160 cP，或大约35 cP至大约170 cP，或大约40 cP至大约160 cP，或大约45 cP至大约150 cP，或大约50 cP至大约140 cP，或大约55 cP至大约130 cP，或大约60 cP至大约120 cP。在一些实例中，该粘度低于或等于大约100 cP，或低于或等于大约75 cP，或低于或等于大约50 cP，或在大约50 cP至大约100 cP之间。
在一些实例中，也可以将其它化学功能添加剂添加到该SP表面施胶组合物中。这些化学品包括，但不限于，荧光增白剂（OBA）、表面活性剂、流平剂、抗微生物剂和聚合分散剂。
在图1中以侧视图显示根据本文所述的原理的打印介质的一个实例。打印介质(100)包含基于纤维素的纸(110)和在基于纤维素的纸(110)上的施胶压榨（SP）表面施胶剂（120）。SP表面施胶剂(120)基本是基本除去所有水（即在打印介质表面上干燥）的上述SP表面施胶组合物，其在造纸过程中使用施胶压榨机在线施加，然后干燥。打印介质(100)中的SP表面施胶剂(120)具有在打印介质每面大约1.0克/平方米(gsm)至大约3.0 gsm的干燥重量。在一些实例中，SP表面施胶剂(120)的干燥重量小于大约3.0 gsm/面，例如小于大约2.8 gsm/面。在一些实例中，SP表面施胶剂(120)的干燥重量为大约1.2 gsm至大约3.0 gsm/面，或大约1.4 gsm至大约2.8 gsm/面，大约1.5 gsm至大约2.7 gsm/面，或1.7 gsm至大约2.6 gsm/面，或大约1.8 gsm至大约2.5 gsm/面，或大约2 gsm至大约3 gsm/面，或大约1.5 gsm至大约2.5 gsm/面，或大约1 gsm至大约2 gsm/面。
基于纤维素的纸幅(110)具有大约1秒至大约50秒的Hercules Sizing Test (HST)值。在一些实例中，HST值为大约1秒至大约25秒，或大约1秒至大约15秒。基于纤维素的纸(110)具有例如小于大约20秒的Hercules Sizing Test (HST)值。较低的HST值意味着SP表面施胶组合物提高的吸收和渗透到基于纤维素的纸幅中。此外，较低的HST值意味着改进的干EP打印和染料基喷墨打印中的较低颜色与颜色间的渗色。例如，包含具有大于大约20秒的HST值的基于纤维素的纸幅(110)的打印介质(100)在用油墨打印时开始沿颜色与颜色间的边界表现出普通观察者可见的洇纸（feathering）或渗色效应。但是，当基于纤维素的纸幅(110)具有小于大约20秒的HST时，例如，打印介质(100)上的这样的洇纸或渗色效应是普通观察者不可见的。
在图2中以方框图显示根据本文所述的原理的数字打印系统的一个实例。数字打印系统(200)是直接型打印系统，其包含用于沉积成像材料的装置(210)和用于从沉积装置(210)直接接收成像材料的打印介质(220)。术语“成像材料”在本文中意在表示油墨或色剂，并可以仅为了论述的简洁性而在本文中称作“油墨”。接收油墨的打印介质(220)与上述打印介质(100)基本相同。直接型数字打印系统(200)不包括模拟打印，例如胶版打印——其中油墨沉积在中间接收表面上，然后从中间表面转印到打印介质上。在一些实例中，用于沉积成像材料的装置(210)包括喷墨打印机(210)、干EP打印机（即激光打印机）(210)或液体EP（LEP）打印机(210)。
从沉积装置(210)沉积的成像材料包括染料基油墨和颜料基油墨，包括青（C）、品红（M）、黄（Y）和黑（K）之类的颜色，它们以点形式精确混合产生数以千计的其它颜色。在一些实例中，颜料基油墨包括可被有机聚合物涂布或包封在有机聚合物中的颜料颗粒。该有机聚合物可改进颜料与打印介质(220)之间的粘合。
可存在于油墨中的有机颜料的实例包括，但不限于，苝、酞菁颜料（例如酞菁绿、酞菁蓝）、花青颜料（Cy3、Cy5和Cy7）、萘酞菁颜料、亚硝基颜料、单偶氮颜料、双偶氮颜料、双偶氮缩合颜料、碱性染料颜料、碱性蓝颜料、湖蓝颜料、根皮红颜料、喹吖啶酮颜料、酸性黄1和3的色淀颜料、异吲哚啉酮颜料、二噁嗪颜料、咔唑二噁嗪紫色颜料、茜素色淀颜料、瓮颜料、phthaloxyamine颜料、胭脂红色淀颜料、四氯异吲哚啉酮颜料、紫环酮颜料、硫靛颜料、蒽醌颜料和喹酞酮颜料和两种或更多种上述颜料的混合物以及上述颜料的衍生物。
可存在于油墨中的无机颜料包括，但不限于，金属氧化物（例如二氧化钛、氧化铁（例如红氧化铁、黄氧化铁、黑氧化铁和透明氧化铁）、氧化铝、氧化硅）、炭黑颜料（例如炉黑）、金属硫化物、金属氯化物和其中两种或更多种的混合物。
在图3中以流程图显示根据本文所述的原理制造表面施胶组合物的方法的一个实例。制造该组合物的方法(300)包括将大约25%至大约75%干重量的量的大分子材料与无机颜料和水合并形成水性组合物(310)。例如，将该大分子材料置于混合罐中，并将大于15%至大约60%干重量的量的无机颜料与该大分子材料一起添加到该罐中。在一些实例中，将至少16%至大约50%的无机颜料与大约30%至大约55%的大分子材料一起添加到该罐中。还加入水。在一些实例中，该大分子材料是淀粉。该淀粉在添加到混合罐中之前可以预煮。例如，大约25%至大约75%干重量的淀粉可以通过加热至大约90℃持续大约30分钟以预煮形成溶液。然后将该预煮的淀粉溶液与无机颜料和水一起添加到混合罐中。
制造该组合物的方法(300)进一步包括将该水性组合物混合第一时间(320)。例如，该水性组合物在室温下混合(320)大约15分钟至大约45分钟的第一时间。在一些实例中，第一时间为大约20分钟至大约40分钟，或大约25分钟至大约35分钟。例如，第一时间可以为大约30分钟。
制造该组合物的方法(300)进一步包括在第一时间后将无机金属盐添加(330)到该水性组合物中以形成混合物。例如，在混合或搅拌该水性混合物的同时浆大约3%至大约20%干重量的量的无机金属盐添加(330)到该水性组合物中。例如，将大约9%至大约19%的量的多价盐添加(330)到该水性组合物中。方法(300)进一步包括将该混合物混合(340)第二时间以形成表面施胶组合物。例如，该混合物在室温下混合(340)大约5分钟至大约20分钟的第二时间。在一些实例中，第二时间为大约10分钟至大约20分钟，或大约10分钟至大约15分钟。例如，第二时间可以为大约10分钟。
在混合(340)该混合物的过程中，在混合过程中检查和调节该混合物的pH、固含量和粘度直至下列一项或多项：例如，pH为7至大约12，目标固含量为大约10%至大约25%，粘度为大约10 cP至大约200 cP。在一些实例中，pH的调节包括添加氢氧化钠（NaOH）和检查pH。在一些实例中，固含量的调节和粘度的调节包括例如添加水和/或提高混合时间和/或混合功率或速度。在一些实例中，混合(340)该混合物直至该表面施胶组合物的pH、目标固含量和粘度都在所述范围内。
在图4中以流程图显示根据本文所述的原理制造数字打印介质的方法的一个实例。制造打印介质的方法(400)包括使用施胶压榨机在在线造纸过程中将表面施胶组合物添加(410)到基于纤维素的纸幅中。特别地，SP表面施胶组合物添加(410)到纸幅中在此与造纸工艺和设备集成和同步。其不是独立或单独的涂布步骤或在造纸的干部（dry-end section）后或在纸干燥后用单独的设备件，例如涂布机等施加。
制造数字打印介质的方法(400)进一步包括将施胶纸干燥(420)形成打印介质。在一些实例中，表面施胶剂在打印介质上的重量为在干燥纸的每面大约1.5克/平方米（gsm）至大约3.0 gsm。该水性SP表面施胶组合物以每面大约15 gsm至大约30 gsm湿重量的量添加(410)到纸幅中以例如在将施胶纸干燥(420)形成打印介质后实现每面大约1.5 gsm至大约3.0 gsm干重量。通过造纸设备使用该设备的标准参数进行干燥(420)。
定义：
下面提供本文所用的术语和短语的定义，它们在本文中没有不同地定义。
造纸的“湿部”是指造纸机的成网部（web-forming section），在此合并纤维、填料和其它添加剂的浆料并成形成湿的连续纤维网。
造纸的“干部”在本文中是指造纸机的压榨部和干燥部，两者都位于湿部后。压榨部包括“施胶压榨机”，其中连续纤维网穿过在压力下的施胶压榨辊之间以挤出水。干燥部包括加热烘缸，施胶的连续纤维网经此进一步干燥。在造纸的干部用施胶压榨机施加表面施胶剂。
实施例
制备各种表面施胶组合物样品并在打印介质上评估。各样品根据本文所述的原理包含大分子材料、无机金属盐和无机颜料的水性混合物。样品的差别在于使用不同的材料量和/或不同的无机颜料材料。表1列出制成的表面施胶组合物样品、它们的成分及其量以及目标固含量值和实际固含量值。除非另行指明，份数和百分比按重量计，且除非另行指明，温度为室温。  
样品: SP-1 SP-2 SP-3 SP-4 SP-5 DP-1 DP-2
成分:              
Penford? 280 淀粉 71.75 54.13 40.77 32.69 45.35 40.77 40.77
氯化钙 19.28 18.81 18.45 18.27 9.30 18.45 18.45
Albaglos? S PCC 8.97 27.06 40.77 49.04 45.35 30.58 30.58
Zeocros? PF/S 粘土           10.19  
Omyajet? C4440 GCC             10.19
总计（大约） 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
目标固含量(%) 12.0 12.0 12.0 12.0 22.0 13.0 13.0
实际固含量(%) 12.4 12.6 12.4 12.4 22.3 13.7 13.8
表1:  制成的表面施胶样品。样品的成分列在列中，它们的量列在行中。所有量为(%)干重量百分比。
根据上述制造表面施胶组合物的方法(300)的一个实例制备表面施胶样品。特别对表1中的各样品而言，将对表1中的各样品指出的量的大分子材料，例如Penford? 280淀粉预煮，并将该淀粉溶液添加到混合罐中。表1中的各自量的无机颜料（浆料或粉末形式）与该预煮淀粉溶液在罐中合并并加入水。将该水性组合物混合大约30分钟的第一时间。然后向罐中加入表1中的各自量的Hydrite Chemicals, Brookfield, Wisconsin供应的氯化钙(CaCl2)无机金属盐，并与该水性组合物混合大约10分钟的第二时间以形成表面施胶组合物。
使用根据本文所述的原理制造数字打印介质的方法(400)的一个实例由表1中的表面施胶样品制造打印介质样品。在各种打印品质试验和打印机耐久性试验中测试样品，并且都很好并基本相同地进行。例如，将表面施胶样品各自单独施加到具有小于或等于大约5秒的低HST的基于纤维素的纸上以制造打印介质样品。该基于纤维素的纸幅包含来自Glatfelter, York, PA的漂白硬木化学牛皮纸浆。来自Metso Corp., Finland的计量施胶压榨机Model Optisizer用于将表面施胶样品施加到基纸介质上。在施胶压榨后立即在干燥部中干燥施胶纸。干燥部包括空气转子、接着红外（IR）干燥器、接着干燥器热空气隧道干燥。大约15至大约30 gsm湿重量的量的施加组合物足以在基于纤维素的纸上提供每面大约1.5 gsm至大约3.0 gsm重量的量以形成打印介质样品。在表2中分组规定打印介质样品。例如，为论述的简洁性，由各SP-1、SP-2、SP-3和SP-4施胶组合物制成的打印介质样品的数据和结果一起归为EXP-1。打印介质样品SP-5的数据和结果被定为EXP-2，打印介质样品DP-1和DP-2的数据和结果被定为EXP-3。
还提供对比样品。表2进一步列出用于与该打印介质样品比较的四种对比样品类型。各表面施胶剂成分的载量以成分的千克数/公吨纸（kg/T）指示，这代表纸样品获取（或携带）的各成分量。使用离子色谱分析（标准方法）由该组合物中的盐离子测量量将成分标准化。对比样品CP-1代表市售纸介质，例如在办公用品商店（例如Staples, CA）可得的办公打印纸，其特征在于与打印介质样品相比在其表面施胶剂中具有高的大分子材料含量、无无机颜料和高的无机盐含量。对比样品CP-4也代表市售纸介质，也在办公用品商店（例如Staples, CA）可得的办公打印纸，其特征在于在其表面施胶剂中具有高的大分子材料含量、无无机颜料和无盐含量。对比样品CP-4充当所进行的试验的对照样品（“对照物”）。以与打印介质样品类似的方式制备对比样品CP-2和CP-3。对比样品CP-2上的施胶剂与打印介质样品相比在其表面施胶剂中具有高的大分子材料含量（淀粉）、低无机颜料含量和高盐含量。对比样品CP-3上的施胶剂与打印介质样品相比在其表面施胶剂中具有中等大分子材料含量（淀粉）、高无机颜料含量和高盐含量。对比样品CP-2和CP-3代表作为比较的表面施胶剂的各种成分的高于阈值和低于阈值样品。  
Figure 377438DEST_PATH_IMAGE002
表2:  制成的打印介质样品和对比样品和它们的各自成分。所有量为按成分的千克数/公吨纸计的在纸上的载量。
在各种试验中测试打印介质样品EXP-1、EXP-2和EXP-3并与表2中的对比样品CP-1、CP-2、CP-3和CP-4比较以评估打印品质性能。例如，在大约30℃和大约80%相对湿度进行高温/高湿（H/H）EP打印品质（PQ）应力试验。这种PQ应力试验使打印介质样品在彩色激光打印过程中暴露在相对剧烈或极端环境条件下。该EP打印品质应力试验使用来自Hewlett-Packard Co., Palo Alto, CA的HP彩色激光打印机Models CP4525和CP5220评估色剂（toner）转移缺陷。使用视觉参考评定EP打印品质以检查由色剂转移缺陷引起的打印介质样品和对比样品两者的打印区域上的缺失点。等级包括A = 无缺陷；B = 轻微缺陷；C = 消费者显而易见的缺陷；D = 严重缺陷；和E = 极严重缺陷。
表3概括打印介质样品（为论述的简洁性，在表3中归在一起，因为它们表现基本相同）和对比样品CP-1和CP-4（代表现有商业纸和对照物）在高温/高湿（H/H）下的EP打印品质应力试验的打印品质结果。  
介质类型 视觉缺陷等级 EP打印机
对比样品, CP-1 E HP CP4525
打印介质样品 B HP CP4525
对比样品, CP-4 B HP CP4525
     
对比样品, CP-1 E HP CP5220
打印介质样品 C HP CP5220
对比样品, CP-4 C HP CP5220
表3: 在30℃和80%RH下的激光打印品质应力试验的概要。视觉缺陷等级：A = 无缺陷；B = 轻微缺陷；C = 消费者显而易见的缺陷；D = 严重缺陷；和E = 极严重缺陷。
特别地，打印介质样品对于在H/H条件下的彩色EP打印表现出比对比样品CP-1和对比样品CP-4（对照物）优异的PQ。样品CP-1和CP-4都代表市场上的现有纸。无意局限于这一原因，但对比样品CP-1看似表现出纸中的高盐含量对激光打印的影响，这据信影响纸的电性质和因此色剂的转移，造成与没有盐含量的对照对比样品CP-4相比使用HP CP4525和HP CP5220打印机的较差色剂转移缺陷。此外，尽管在打印介质样品中存在盐（关于盐含量，见表1和2），但打印介质样品表现出与对照样品CP-4相同水平的性能。下表4也以相关术语概括所有对比样品和打印介质样品的EP打印品质应力试验结果，以及提供下述附加试验的概要。
在另一实例中，在表2的对比样品和打印介质样品上进行使用喷墨打印机的打印品质试验。使用实验室试验台喷墨打印机(TIJ)在23℃和50%相对湿度下用TAPPI环境条件在纸样品上打印彩色颜料油墨。用不同颜色油墨打印填实区域（solid fill areas）的图案以评估色域体积、打印密度和颜色与颜色间的边界区之间的渗色。在表4中以相关术语提供喷墨PQ的结果。“最佳”等级是指基本无可见缺陷，“良好”等级是指轻微可见缺陷，“一般”等级是指可接受程度的可见缺陷，“差”等级是指不可接受程度的可见缺陷。相对于没有盐含量的对照样品CP-4上的差喷墨打印品质，各自具有高盐含量的对比样品CP-1、CP-2和CP-3上的喷墨打印品质良好。与此相比，与对比样品相比具有中等盐含量的打印介质样品具有最佳喷墨打印品质。各打印介质样品表现基本相同，因此也为论述的简洁性，这些样品在表4中作为单组报告。无意局限于这一原因，但这种打印品质性能据信归因于例如与对比样品相比，在打印介质样品中中等的盐存在。此外，相对于对照对比样品CP-4，打印介质样品表现出更好的喷墨打印品质和基本相同的EP打印品质（应力试验结果）。
在另一实例中，评估样品的成尘（dusting）存在。例如，用激光打印机打印大约50,000片的各样品并在打印各样品后通过目视观察监测积聚在激光打印机内的粉尘。表4概括成尘评估的结果。只有无机颜料含量和盐含量都相对较高的对比样品CP-3具有成尘问题，这可能影响例如打印机性能。  
Figure 294578DEST_PATH_IMAGE004
表4: 对来自表2的对比样品和打印介质样品而言，使用喷墨打印 vs 使用EP打印的打印品质（PQ）结果、黑色（K）光密度（KOD）以及成尘存在的概要。
在另一实例中，在打印介质样品和对比样品上进行黑色（K）光密度（KOD）测量。KOD测量使用TIJ打印机时颜料油墨在各打印介质上的黑色光密度。通过X-rite, Green Rapids, MI供应的分光光密度计Model 938测量KOD。所用设置为ANSI状态A，比较结果以三次测量的平均值报道。KOD测量表明，样品中的较低大分子材料载量得出较高的KOD测量值（关于淀粉载量，见表2）。KOD结果还表明，与对比样品CP-1、CP-2、CP-3和CP-4相比，如由较高的黑色光密度（KOD）所示，打印介质样品（作为一组）在使用彩色油墨喷墨打印时具有更好的打印品质。色域体积和色饱和度都预计遵循KOD结果。
在另一实例中，进行激光运行性能试验以比较用于干EP打印用途的对比样品和打印介质样品中的填料（即无机颜料）的载量水平。例如，大约50,000页的各打印介质样品运行通过HP Model CP3525激光打印机。对CP3525打印机的定影辊（fuser roll）没有观察到过早损坏，对打印介质样品没有观察到运行性能问题，包括但不限于卡纸。打印介质样品的这种运行性能结果与50,000页的对比样品CP-1和CP-4（它们是市场上的市售纸，例如运行通过相同的激光打印机）相当。
在上述各种试验中打印介质样品之间基本相等的性能证明根据本文的原理的SP施胶组合物和打印介质的许多实例的稳健性。与市场上的市售纸相比，该SP表面施胶组合物中的无机颜料有可能部分代替施胶压榨中的表面施胶剂中的最高成本材料之一，即大分子材料。此外，在仍保持上述打印品质水平的同时降低无机金属盐含量还可降低原材料成本，降低腐蚀危险和改进在H/H干EP中的打印品质。过多盐可能造成白水中的较高腐蚀性，例如这还可负面影响造纸设备的预期寿命或使用时间。盐有可能吸湿，因此盐吸收的过多水分也可能造成纸的电性质的显著改变，因此如上文提供的结果所示，可能影响打印过程中的色剂转移。如本文中的打印介质样品进一步证实，由于盐减少，可以显著改进在H/H条件下的干EP打印品质。
因此，已经描述了表面施胶组合物、包括该表面施胶组合物的打印介质和包括该打印介质的数字打印系统的各种实例。还描述了制造该组合物和该打印介质的方法的各种实例。应该理解的是，上述实施例仅例示代表本文所述的原理的许多具体实施例中的一部分。清楚地，本领域技术人员容易设计出不背离如下列权利要求规定的各种实施例的范围的许多其它布置。

Claims (15)

1.表面施胶组合物，其包含：
水性混合物，其包含大约25%至大约75%干重量的量的大分子材料；大约3%至大约20%干重量的量的无机金属盐；和至少16%至大约60%干重量的量的无机颜料，以使总干重量等于大约100%，所述水性混合物是施胶压榨(SP)表面施胶组合物。
2.权利要求1的表面施胶组合物，其中所述大分子材料的量为大约30%至大约55重量%，所述无机金属盐的量为大约9%至大约19重量%且所述无机颜料的量为大约25%至大约50重量%。
3.权利要求1的表面施胶组合物，其中所述大分子材料的量为大约40%至大约45重量%，所述无机金属盐的量为大约9%至大约19重量%且所述无机颜料的量为大约40%至大约50重量%。
4.权利要求1的表面施胶组合物，其中所述大分子材料的量基本等于所述无机颜料的量，所述无机金属盐的量为大约9%至大约18.5重量%。
5.权利要求1的表面施胶组合物，其中所述大分子材料的量小于所述无机颜料的量，所述无机金属盐的量为大约9%至大约19重量%。
6.权利要求1的表面施胶组合物，其中所述无机颜料包含多种颜料填料，第一颜料填料是碳酸钙，第二颜料填料是不同的碳酸钙和粘土之一，第一颜料填料与第二颜料填料的比率为大约3:1至大约20:1。
7.权利要求1的表面施胶组合物，其中所述无机颜料具有大约1至大约10的粒度分布指数和大约0.1微米至大约3微米的平均粒度。
8.权利要求1的表面施胶组合物，其中所述水性混合物具有大约12%至大约22%干重量的固含量，大约8至大约11的pH和大约10厘泊(cP)至大约200 cP的粘度。
9.权利要求1的表面施胶组合物，其中所述大分子材料选自乙基化淀粉、阴离子淀粉和阳离子淀粉，且其中所述无机金属盐选自标准元素周期表第2或3族的金属的卤化物，且其中所述无机颜料选自粘土、碳酸钙和硅酸铝粘土中的一种或多种。
10.制造权利要求1的表面施胶组合物的方法(300)，所述方法包括：
合并(310)大分子材料、所述量的无机颜料和水以形成水性组合物；
将所述水性组合物混合第一时间(320)；
在第一时间后将所述量的无机金属盐添加(330)到所述水性组合物中以形成混合物；和
将所述混合物混合(340)第二时间以形成具有下列一项或多项的表面施胶组合物：大约7至12的pH、大约10%至大约25%的目标固含量和大约10厘泊(cP)至大约200 cP的粘度。
11.用于数字直接打印的打印介质(100)，所述打印介质(100)包含基于纤维素的纸(110)和在所述基于纤维素的纸上的施胶压榨(SP)表面施胶剂(120)，所述SP表面施胶剂(120)包含：
大分子材料；
基本等于或大于所述大分子材料量的量的无机颜料；和
大约3%至大约20%干重量的量的无机金属盐，以使总干重量等于大约100%，
其中SP表面施胶剂(120)在打印介质(100)中的重量为每面大约1.5克/平方米（gsm）至大约3 gsm。
12.权利要求11的用于数字直接打印的打印介质(100)，其中所述基于纤维素的纸(110)包含硬木浆和内部填料和/或内施胶，所述基于纤维素的纸(110)具有小于大约20秒的Hercules Sizing Test (HST)值。
13.制造权利要求11的打印介质(100)的方法(400)，所述方法包括：
使用造纸设备的在线施胶压榨机在造纸过程中将SP表面施胶剂添加(410)到所述基于纤维素的纸中；和
在造纸设备的干燥部中干燥(420)所述SP表面施胶纸。
14.数字打印系统(200)，其包含：
用于沉积成像材料的数字打印机(210)；和
用于从数字打印机(210)直接接收成像材料的打印介质(220)、(100)，所述打印介质(220)、(100)在基于纤维素的纸(110)上包含施胶压榨(SP)表面施胶剂(120)，所述SP表面施胶剂包含：
大约25%至75%干重量的量的大分子材料；
大约3%至大约20%干重量的量的无机金属盐；和
至少16%至大约60%干重量的量的无机颜料，以使总干重量等于大约100%，
其中SP表面施胶剂(120)在打印介质(220)、(100)中的重量为所述基于纤维素的纸的每面大约1.5克/平方米（gsm）至大约3 gsm。
15.权利要求14的数字打印系统(200)，其中数字打印机(210)是喷墨打印机或激光打印机。
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