CN104010739A

CN104010739A - 涂料组合物和涂布纸和涂布纸板

Info

Publication number: CN104010739A
Application number: CN201380003758.4A
Authority: CN
Inventors: A.莱恩斯; C.佩沙韦
Original assignee: Imerys Pigments Inc
Current assignee: Imerys Pigments Inc
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2033-10-10
Also published as: US20170037577A1; US20140370273A1; EP2768621B1; US20190284763A1; EP2768621A4; CA2847663C; US10519603B2; FI3804862T3; US10450704B2; BR112014010709A2; CN104010739B; EP3804862A1; EP3804862B1; CA2847663A1; WO2014062476A1; EP2768621A1

Abstract

涂料组合物可包括具有小于大约70的形状因数的高岭土和碳酸钙，其中少于大约90重量%和多于大约60重量%的碳酸钙颗粒具有小于2微米的当量球径（esd）。该涂料组合物可包括以按该组合物活性物质干重量计大约0.1%至大约0.9%的量存在的增稠剂。该涂料组合物可包括具有小于大约70的形状因数的高岭土和具有至少大约2.4微米的平均粒度（d₅₀）和至少大约30的陡度系数的碳酸钙。该涂料组合物可以是纸基底涂料组合物或纸板基底涂料组合物。纸或纸板产品可以在该纸产品或纸板产品的至少一个表面上包含涂料组合物。

Description

涂料组合物和涂布纸和涂布纸板

优先权主张

此PCT国际申请要求2013年3月15日提交的美国临时申请No. 61/787,222和2012年10月18日提交的美国临时申请No. 61/715,628的优先权利益，两者的主题都全部并入本文作为参考。

公开领域

本公开涉及涂料组合物，更特别涉及用于纸和纸板产品的涂料组合物。

公开背景

可以在基材上施加涂料以增强基材的物理和光学性质。例如，印刷和加工(converting)工业中所用的纸和纸板可能经受各种操作，例如印刷、切割、压痕、折叠和/或胶粘。涂布纸板广泛用于包装工业，典型的涂料配方可包括一种或多种颜料、粘合剂和添加剂。此类涂料可用于提高产品的物理、光学和/或阻隔性质。物理和/或光学性质可以为由该涂布基材形成的包装提供美学吸引力和/或功能益处。纸和纸板产品可能对水分和湿气非常敏感，阻隔性质可提供对水分、油、水蒸汽或气体的阻隔。

压痕和折叠操作是加工工业中的重要过程。但是，压痕和折叠可能导致对纸或纸板基材施加相当大的应变。这样的应变挑战基材以及基材上存在的任何涂层的机械强度。例如，在纸和纸板产品的压痕和折叠边缘出现的裂断可能显著弱化基材的阻隔性质并可能降低由该基材形成的包装的整体美学吸引力。无法承受这些大的应变可能导致折叠边缘裂断，从而可能导致大的涂层裂缝或剥落或这两者。

传统上，具有高挺度的涂层是优选的，因为较高挺度的涂层可提供优异的强度和/或降低基材中的纤维用量。但是，较高挺度的涂层可能倾向于提高在纸或纸板的折叠边缘发生的开裂或剥落的严重程度。

因此，可能希望提供在涂有该涂料组合物的基材折叠时表现出改进的抗开裂和/或剥落性或在基材经受印刷或加工操作时表现出改进的性能的涂料组合物。

概述

根据第一方面，涂料组合物可包含具有小于大约70的形状因数的高岭土和碳酸钙，其中少于大约90重量%和多于大约60重量%的碳酸钙颗粒具有小于2微米的当量球径（esd）。

本文所用的“形状因数”是对粒度和形状不同的颗粒群，使用例如美国专利No. 5,128,606中所述的电导率方法和装置和使用其说明书中导出的方程式测得的平均粒度与颗粒厚度的比率平均值（基于重均）的度量。“平均粒度”定义为具有与颗粒的最大面相同的面积的圆的直径。使受试颗粒的充分分散的水性悬浮液（的电导率）流经细长管。在(a) 沿该管的纵轴互相隔开的一对电极，和(b) 跨越该管的横向宽度互相隔开的一对电极之间进行电导率的测量。使用这两个电导率测量值之差测定受试微粒材料的形状因数。

本文所用的“粒度”，例如在粒度分布（psd）的情况中，可以按当量球径（esd）测量。本公开中提到的平均粒度和其它粒度性质——有时称作“d₅₀”值，可以以公知方式测量，例如通过使用Micromeritics Corporation供应的SEDIGRAPH 5100™仪器，使在水性介质中在充分分散状态下的微粒材料沉降。这种仪器可提供测量结果和粒度（在本领域中被称作“当量球径”（esd））小于给定esd值的颗粒的累计重量百分比的曲线。例如，平均粒度d₅₀是可由此测定的颗粒esd值——其中50重量%的颗粒具有小于该d₅₀值的esd。

根据另一方面，该涂料组合物可包括增稠剂。例如，增稠剂可以以按该组合物活性物质干重量计大约0.1%至大约0.9%的量，按该组合物活性物质干重量计大约0.2%至大约0.6%的量，按该组合物活性物质干重量计大约0.4%至大约0.9%的量或按该组合物活性物质干重量计大约0.4%至大约0.6%的量存在。根据另一方面，增稠剂可选自碱溶性乳液聚丙烯酸酯增稠剂、疏水改性的碱溶性乳液聚丙烯酸酯增稠剂和CMC（羧甲基纤维素）增稠剂。

根据再一方面，少于大约30重量%的高岭土具有小于大约0.25微米的esd。例如，少于大约25重量%的高岭土具有小于大约0.25微米的esd或少于大约20重量%的高岭土具有小于大约0.25微米的esd。

根据再一方面，高岭土具有小于大约1微米的平均粒度（d₅₀）。根据另一方面，少于大约80重量%的高岭土具有小于大约1微米的esd。根据再一方面，少于大约90重量%的高岭土具有小于大约2微米的esd。

根据再一方面，少于大约80重量%和多于大约60重量%的碳酸钙颗粒具有小于2微米的esd。例如，少于大约70重量%和多于大约60重量%的碳酸钙颗粒具有小于2微米的esd。

根据再一方面，该涂料组合物是纸基底涂料组合物或纸板基底涂料组合物。根据再一方面，纸产品或纸板产品可以在该纸产品或纸板产品的至少一个表面上包含涂料组合物，其中该涂料组合物包括具有小于大约70的形状因数的高岭土和碳酸钙，其中少于大约90重量%和多于大约60重量%的碳酸钙颗粒具有小于2微米的当量球径（esd）。

根据另一方面，涂料组合物可包括具有小于大约70的形状因数的高岭土和具有至少大约2.4微米的d₅₀和至少大约30的陡度系数(steepness factor)的碳酸钙。

微粒材料的粒度分布（psd）也可以通过“陡度”或“陡度系数”表征。陡度系数由psd曲线的斜率推导，其中粒径绘制在x-轴上 vs 颗粒的累计质量百分比绘制在y-轴上。宽粒度分布具有相对较低的陡度系数，而窄粒度分布产生相对较高的陡度系数。在一些方面中，陡度系数可作为下列比率计算：

即，通过Sedigraph 5100测定的累计质量小于30%的颗粒的粒度（d₃₀）与累计质量小于70%的颗粒的粒度（d₇₀）的比率，乘以100。随着d₃₀和d₇₀值互相接近，陡度系数提高。

根据再一方面，碳酸钙的平均粒度（d₅₀）可以大于大约2.6微米，大于大约2.8微米，或大于大约3.0微米。根据再一方面，碳酸钙的陡度系数（例如d₃₀/d₇₀x100）可以大于大约32，大于大约34，大于大约36，大于大约40，或大于大约43。

要理解的是，上文的概述和下列详述仅是示例性和解释性的并且不限制本发明。

并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图用于解释本发明的至少一些原理。

附图简述

图1是在其末端支撑的梁的示意图；

图2是显示涂布样品的弹性模量的图；

图3是显示涂布纸板样品的弹性模量的图；

图4是显示涂布纸板样品的弯曲挺度的图；

图5是显示涂布纸板样品的弹性模量的图；

图6是显示涂布纸板样品的弯曲挺度的图；

图7是显示涂布纸板样品的剥落等级(flaking ratings)的图；

图8是显示涂布纸板样品的开裂等级；

图9是显示剥落和开裂等级 vs. 增稠剂含量的图；

图10是显示弯曲挺度 vs. 增稠剂含量的图；

图11是显示剥落等级 vs. 基底涂层重量的图；

图12是显示开裂等级 vs. 基底涂层重量；

图13是显示涂料组合物样品的剥落等级和弯曲模量结果的图；

图14是显示涂料组合物样品的开裂等级和弯曲模量结果的图；

图15是显示涂料组合物样品的剥落等级和弯曲挺度结果的图；

图16是显示涂料组合物样品的开裂等级和弯曲挺度结果的图；

图17是显示涂料组合物样品的折叠性能 vs. 粗糙度结果的图；

图18是显示涂料组合物样品的弯曲挺度结果的图；

图19是显示涂料组合物样品的松厚度(bulk) vs.组成的图；且

图20是显示对涂料组合物样品的压汞法的图。

示例性实施方案描述

现在详细参考本发明的示例性实施方案。

申请人已经令人惊讶地确定，可以通过包括高岭土和碳酸钙的组合的涂料组合物降低有时与涂布纸产品和纸板产品的折痕联系在一起的剥落和/或开裂。例如，包括具有小于大约70的形状因数的高岭土和碳酸钙——其中少于大约90重量%和多于大约60重量%的碳酸钙颗粒具有小于2微米的esd——的涂料组合物可以使得用该涂料组合物涂布的纸产品或纸板产品折痕处的剥落和/或开裂降低。

根据一些实施方案，该涂料组合物可包括增稠剂，例如以按该组合物活性物质干重量计大约0.1%至大约0.9%的量存在的增稠剂。例如，增稠剂可选自碱溶性乳液聚丙烯酸酯增稠剂、疏水改性的碱溶性乳液聚丙烯酸酯增稠剂和CMC（羧甲基纤维素）增稠剂中的至少一种。

不希望受制于理论，但相信，由根据本文中公开的至少一些实施方案的涂料组合物提供的涂层的填充结构可导致该涂层的改善的模量和挺度以及改善的（即降低的）该涂层在纸和纸板产品折痕处的剥落和/或开裂。特别相信，令人惊讶地，该涂料组合物中高岭土的形状因数、碳酸钙的粗糙度和/或增稠剂的量改善涂布纸或纸板产品的模量和挺度并改善涂布产品折痕处的剥落和开裂。例如，具有小于70的形状因数的板状高岭土和粒度分布为少于大约90重量%的GCC颗粒和多于大约60重量%的GCC颗粒具有小于2微米的esd的研磨碳酸钙（GCC）提供涂布产品的模量和挺度的改善以及改善的在涂布产品折痕处的剥落和/或开裂。本文所用的“板状高岭土”是指具有高形状因数的高岭土。此外，以按该涂料组合物活性物质干重量计大约0.1%至大约0.9%的量存在的增稠剂提供涂布产品的模量和挺度的改善以及改善的在涂布产品折痕处的剥落和/或开裂。可以各自独立地选择高岭土的形状因数、碳酸钙的粒度和增稠剂的量以改善涂布产品的模量和挺度以及在涂布产品折痕处的剥落和/或开裂。或者，可以综合选择高岭土的形状因数、碳酸钙的粒度和增稠剂的量以改善涂布产品的模量和挺度以及在涂布产品折痕处的剥落和/或开裂。

根据一些实施方案，可通过例如处理沉积型未加工的微粒状含水高岭土矿物，例如美国乔治亚州存在的类型的未加工或部分加工的高岭土粘土来制造高岭土。加工的高岭土的psd使得至少80重量%，优选至少84重量%的颗粒具有小于2微米(μm)的esd。在某些实施方案中，该高岭土的psd使得不少于12重量%的颗粒，优选15%至35%，尤其是18%至26%具有小于0.25微米的esd。合意地，至少60%，优选至少65重量%具有小于1微米的esd。平均颗粒esd可以为0.3微米至0.8微米，尤其是0.5微米至0.7微米。

根据一些实施方案，根据本发明的第一方面的颜料产品的具有0.75微米至0.25微米的esd的高岭土颗粒的重量百分比为40%或更大，例如40%至50%。加工的高岭土的形状因数可以为至少10，合意地至少20，例如大约10至大约70，或大约20至大约70，或大约30至大约70，或大约40至大约70，大约50至大约70，或大约60至大约70。

根据一些实施方案，未加工的微粒状含水高岭土可根据包括下列步骤的示例性方法加工产生高岭土颜料：(a) 将未加工或部分加工的高岭土粘土与水混合以形成水性悬浮液；(b) 通过将高岭土粘土的平均形状因数提高至少10，优选至少20的方法使用微粒研磨介质对通过步骤(a)制成的悬浮液施以磨耗；(c) 将磨碎高岭土粘土的悬浮液与微粒研磨介质分离；(d) 通过分级，例如使用离心机，获得粗粒组分，和(e) 将步骤(c)中分离的磨碎的粗高岭土粘土的悬浮液脱水以从中回收高岭土颜料。

根据一些实施方案，在步骤(a)中，高岭土粘土可构成处理过的悬浮液的20%至70%，例如20%至45%。高岭土粘土可包括沉积型高岭土粘土，例如来自美国乔治亚州的沉积型高岭土粘土。未加工的高岭土粘土的psd可使得不多于大约40重量%由esd大于10微米的颗粒构成，且不多于50重量%，例如大约20%至大约40重量%由esd小于2微米的颗粒构成。在步骤(a)中处理的高岭土粘土的形状因数可能小于15，例如大约5至大约10。因此，可以将形状因数提高至少30，例如至少40的差值，例如从小于15的形状因数提高到大于55的形状因数（例如大约60或更大至小于大约70的形状因数）。

当制备在步骤(a)中处理的高岭土粘土的水性悬浮液时，根据一些实施方案，可以向该高岭土粘土中加入或不加入高岭土粘土分散剂。

在根据一些实施方案的方法的步骤(a)中加工的高岭土粘土可以是由例如具有大约5至大约10的形状因数的标准块状沉积型高岭土粘土的分级（例如使用离心机）获得的粗粒组分。该粗粒组分中不多于50重量%的颗粒具有小于2微米的esd且不多于10重量%具有小于0.25微米的esd。

根据一些实施方案，可通过将大约99至大约50重量份的高岭土粘土与大约1至大约50重量份，例如10至30重量份的细板状高岭土组分（特别是具有至少大约15，例如大约15至大约40的形状因数且其中小于2微米和0.25微米的颗粒的重量百分比分别为至少大约85重量%和至少大约20重量%的细板状组分）共混调节高岭土粘土的psd。该细板状高岭土组分可以是衍生自原生或沉积矿床的高岭土。根据一些实施方案，可以在研磨步骤(b)之前或之后将示例性的细板状高岭土组分添加到该粗粒组分的高岭土或由该粗粒组分获得的高岭土中。可以以粉状干燥形式或以水性悬浮液的形式进行这两种要共混的高岭土组分的添加。

已经确定，通过以所述方式共混来制造高岭土产品，改进根据一些示例性实施方案加工的高岭土的水性悬浮液的流变性和脱水特性，例如在涂料组合物中使用高岭土时提供改进的流动性和颗粒排列。

根据一些实施方案，例如在步骤(a)和(b)之间可以对高岭土粘土施以一个或多个公知的提纯步骤以除去不合意的杂质。例如，可以对高岭土粘土的水性悬浮液施以泡沫浮选处理操作以除去泡沫中的含钛杂质。或者或另外，可以使该悬浮液经过高强度磁力分离器以除去含铁杂质。

根据一些实施方案，步骤(b)可包括通过磨耗介质磨碎（medium attrition grinding）处理高岭土粘土的悬浮液的过程，例如其中大约40 kWh至大约250 kWh/吨粘土（基于干重）的能量耗散在该悬浮液中。根据一些实施方案，步骤(b)可包括具有至少两个阶段的过程，例如在第一阶段(b1)中，发生高岭土粘土的剥片，在第二阶段(b2)中，进行高岭土粘土薄片的粉碎。

已经发现，对高岭土粘土的悬浮液施以相对温和的粉碎步骤(b1)是有益的，例如使用微粒研磨介质研磨以分解未加工高岭土粘土中存在的复合颗粒(composite particles)。这样的复合颗粒通常包括独立的六边形板状颗粒的凝聚叠层或块（blocks），特别是当该高岭土粘土来自沉积矿床时。当对该高岭土粘土施以相对温和的粉碎（例如通过在步骤(b1)中研磨）时，复合颗粒分解以提供独立的基本六边形薄板。这种过程通常被称作“剥片”并具有提高高岭土粘土的平均形状因数的结果。例如，这种示例性过程可以将高岭土粘土的形状因数从大约5至大约10的初始形状因数提高到至少大约50至55（例如大约60至小于大约70）的提高的形状因数。本文所用的“相对温和的研磨”是指在磨碎机(attrition grinding mill)中用微粒研磨介质研磨，借助叶轮搅动该磨碎机的内容物，所述叶轮以足以在悬浮液中形成涡流的速度，特别是以低于大约10米/秒的圆周速度旋转，且其中在研磨过程中耗散在该悬浮液中的能量小于大约75 kWh/吨，例如小于大约55 kWh/吨的高岭土粘土(基于干重)。该微粒研磨介质可具有相对较高的比重，例如2或更大，并可以例如包括石英砂晶粒，其中该晶粒通常具有不大于大约2毫米和不小于大约0.25毫米的直径。

根据一些实施方案，该方法的两阶段形式的步骤(b)的阶段(b2)——研磨，可以在配有搅拌器的磨碎机中进行，所述搅拌器能以在研磨过程中在该磨机中在悬浮液中形成涡流的速度旋转。该微粒研磨介质可具有2或更大的比重并可包括石英砂晶粒，其中该晶粒通常具有不大于大约2毫米和不小于大约0.25毫米的直径。如果在阶段(b2)之前存在阶段(b1)中的相对温和的粉碎，在阶段(b2)中耗散在该高岭土粘土悬浮液中的能量可以为大约40 kWh至大约120 kWh/吨干燥高岭土粘土。但是，如果省略相对温和的粉碎步骤(b1)，在步骤(b)中耗散在该高岭土粘土悬浮液中的能量优选为大约100 kWh至大约250 kWh/吨干燥高岭土粘土。

根据步骤(c)的一些实施方案，可以以已知方式将磨碎高岭土粘土的悬浮液与微粒研磨介质分离，例如通过使该悬浮液经过具有适当孔径尺寸的筛，例如具有大约0.1毫米至大约0.25毫米的标称孔径尺寸的筛。

根据步骤(d)的一些实施方案，可以使用离心机（例如Alfa Laval或Merco）将磨碎高岭土粘土的悬浮液分级。

在步骤(c)、步骤(d)或步骤(e)后，根据一些实施方案，可以进一步处理高岭土粘土以改进其一种或多种性质。例如在步骤(e)之前或在步骤(e)之后可以对淤浆形式的产物施加例如高能液体加工（例如使用高速混合器），随后再分散在水性介质中，例如在涂料组合物的改小(makedown)过程中。

根据一些实施方案，在步骤(e)中，可以以本领域中公知的方式之一，例如通过过滤、离心、蒸发等将磨碎高岭土的悬浮液脱水。例如，可以使用压滤机以形成具有大约15重量%至大约35重量%的水含量的滤饼。可以将这种滤饼与高岭土粘土分散剂混合，由此转化成流体浆，其可以以这种形式运输和销售。或者，高岭土粘土可以热干燥，例如通过将高岭土粘土的流体浆引入喷雾干燥器，由此以基本干燥的形式运输。

根据一些实施方案，该高岭土产物具有至少12平方米/克（m²/g)，例如15 m²/g至20 m²/g的通过BET, N₂法测得的比表面积。

根据某些实施方案，少于大约80重量%和多于大约60重量%的碳酸钙颗粒具有小于2微米的esd。例如，少于大约70重量%和多于大约60重量%的碳酸钙颗粒具有小于2微米的esd。平均颗粒esd可以为1微米至3微米，尤其是1微米至1.35微米。

本发明的某些实施方案中所用的微粒碳酸钙可通过研磨获自天然资源或可通过沉淀合成制备，即沉淀碳酸钙（PCC），或可以是两者的组合，即天然衍生的研磨材料与合成的沉淀材料的混合物。也可以研磨PCC。

研磨碳酸钙（GCC）通常通过研磨矿物源，如白垩、大理石或石灰石获得，此后可接着粒度分级步骤，以获得具有所需细度的产物。可例如通过固体材料本身的颗粒之间的磨耗或在包含与研磨的碳酸钙不同的材料的颗粒的微粒研磨介质存在下磨耗而自发研磨微粒固体材料。

碳酸钙的湿磨涉及形成碳酸钙的水性悬浮液，其随后任选在合适的分散剂，例如聚丙烯酸钠存在下研磨。关于碳酸钙的湿磨的更多信息，可以参考例如EP-A-614948。用于研磨碳酸钙的分散剂可包含非离子分散剂、基本由非离子分散剂构成或由非离子分散剂构成。

在已进行研磨后，可以将该悬浮液脱水成高固含量悬浮液，并除去任何研磨介质。通过所述脱水形成的高固含量悬浮液合适地具有至少大约10重量%（例如至少大约50重量%）至大约80重量%，例如最多大约78重量%的固含量。可以使用分散剂，例如非离子分散剂形成高固含量悬浮液。所用分散剂可能与研磨步骤中任选使用的分散剂相同或不同。但是，后研磨阶段所用的分散剂是为了限制高固含量悬浮液中的微粒无机材料的絮凝而加入并通常以分散剂有效量存在，通常为干无机微粒材料的至少大约0.1重量%，或至少大约5重量%。可存在的分散剂的量可以为干无机微粒材料的至少大约0.3重量%至大约1.5重量%。规定的分散剂的量特别适用于GCC和PCC。

当该无机微粒材料获自天然存在的来源时，一些矿物杂质可能污染研磨的材料。例如，天然存在的碳酸钙与其它矿物结合存在。在一些情况中，也可能包括少量添加的其它矿物，例如也可以存在高岭土、煅烧高岭土、硅灰石、铝土矿、滑石或云母中的一种或多种。但是，一般而言，本发明的某些实施方案中所用的无机微粒材料可能含有少于5重量%，优选少于1重量%的其它矿物杂质。

PCC可用作本发明中的微粒碳酸钙的来源，并可通过本领域中可得的任何已知方法制造。TAPPI Monograph Series No 30, "Paper Coating Pigments", 第34-35页描述了适用于制备纸工业用品的沉淀碳酸钙的三种主要的商业制备方法，但也可用于实施本发明的某些实施方案。在所有三种方法中，首先煅烧石灰石以产生生石灰，然后将生石灰在水中熟化产生氢氧化钙或石灰乳。在第一种方法中，石灰乳直接用二氧化碳气体碳酸化。这种方法的优点在于不形成副产物，并相对容易控制碳酸钙产物的性质和纯度。在第二种方法中，使石灰乳与苏打灰接触以通过复分解产生碳酸钙沉淀物和氢氧化钠溶液。如果这种方法要在商业上有吸引力，要将氢氧化钠与碳酸钙基本完全分离。在第三种主要商业方法中，石灰乳首先与氯化铵接触以产生氯化钙溶液和氨气。然后使氯化钙溶液与苏打灰接触以通过复分解产生沉淀碳酸钙和氯化钠溶液。

PCC可成形为饼（例如滤饼），其包含至少大约70重量%固含量，余量为水。分散剂（例如非离子分散剂或阴离子分散剂）可以直接与该饼合并，并任选在加入分散剂之前将水添加到该饼中。

制造PCC的方法产生非常纯的碳酸钙晶体和水。该晶体可根据所用的具体反应方法以各种不同的形状和尺寸制造。PCC晶体的三种主要形式是文石、斜方六面体（rhombohedral）和偏三角面体（scalenohedral），所有这些都适用于本发明的某些实施方案，包括它们的混合物。

根据一些实施方案，本文所述的高岭土和碳酸钙可用作如本文所述的纸或纸板产品涂料中的颜料产品。

根据某些实施方案，高岭土与碳酸钙的比率可以为大约20:80至大约80:20，或大约30:70至大约70:30，或大约40:60至大约60:40。

根据一些实施方案，用于制造纸或纸板产品和其它基材上的涂层的涂料组合物可包括微粒颜料与亲水胶粘剂或粘合剂一起的水性悬浮液，其中微粒颜料可包括高岭土和碳酸钙，例如沉淀和/或研磨碳酸钙（GCC）的组合。例如，该纸涂料组合物的固含量可以大于大约60重量%，例如至少大约70%或尽可能高，但仍提供可用于涂布的适当流动性的组合物。根据一些实施方案，该涂料组合物可包括分散剂，例如占存在的颜料干重量的最多大约2重量%的聚合电解质。例如，聚丙烯酸酯和含聚丙烯酸酯单元的共聚物可用作合适的聚合电解质。根据一些实施方案的高岭土和碳酸钙可独自用于该涂料组合物，或它们可以与一种或多种其它已知颜料，例如煅烧高岭土、二氧化钛、硫酸钙、缎光白、滑石和所谓的“塑料颜料”一起使用。当使用颜料的混合物时，根据一些实施方案的高岭土和碳酸钙颜料产品可以以混合颜料的总干重量的至少大约80%的量存在于该颜料混合物中。

根据一些实施方案，该涂料组合物的粘合剂可包括由获自已知植物来源，例如小麦、玉米、马铃薯或木薯的天然淀粉衍生的粘合剂，尽管不是必须使用淀粉作为粘合剂成分。下面提到另一些粘合剂，它们可以与或不与淀粉一起使用。

根据一些实施方案，用作粘合剂成分的淀粉可以是未改性的或未加工淀粉，或其可通过一种或多种化学处理改性。例如，可以将淀粉氧化以将其一些―CH₂OH基团转化成―COOH基团。在一些情况中，该淀粉可具有小比例的乙酰基―COCH₃。或者，可以将淀粉化学处理以使其为阳离子性或两性的，特别是既有阳离子电荷，又有阴离子电荷。也可以通过用例如―O-CH₂-CH₂OH基团、―O-CH₂-CH₃基团或―O-CH₂-CH₂-CH₂-OH基团替代一些―OH基团来将淀粉转化成淀粉醚或羟烷基化淀粉。可用的另一类化学处理的淀粉是淀粉磷酸酯。或者，未加工淀粉可借助稀酸或酶水解以产生糊精类型的胶质。

根据一些实施方案，该涂料组合物中所用的淀粉粘合剂的量可以为颜料干重量的大约4重量%至大约25重量%。淀粉粘合剂可以与一种或多种其它粘合剂，例如胶乳或聚乙酸乙烯酯或聚乙烯醇类型的合成粘合剂一起使用。当淀粉粘合剂与另一粘合剂，例如合成粘合剂一起使用时，淀粉粘合剂的量可以为基于干颜料重量的大约2重量%至大约20重量%，且合成粘合剂的量可以为基于干颜料重量的大约2重量%至大约12重量%。例如，粘合剂混合物的至少大约50重量%包括改性或未改性的淀粉。

根据一些实施方案，涂料组合物的使用方法可包括将涂料组合物施加到纸张或纸板上并压光该纸或纸板以在其上形成光泽涂层。根据一些实施方案，在该纸或纸板的一面或两面上形成光泽涂层。根据一些实施方案，压光可包括使涂布纸张或纸板从压光机压区（calender nips）或压光辊之间经过一次或多次以改进纸或纸板光滑度和光泽并降低松厚度。根据一些实施方案，弹性体包覆辊可用于压制高固含量组合物，并可以施加升高的温度，和/或可以经过压区五次或更多次。

根据一些实施方案，涂布和压光后的纸或纸板可具有30克/平方米至70克/平方米，例如49克/平方米至65克/平方米或35克/平方米至48克/平方米的单位面积总重量。最终涂层可具有优选3克/平方米至20克/平方米，例如5克/平方米至13克/平方米的单位面积重量。可以在纸的两面上都施加这种涂层。根据一些实施方案，纸光泽度可大于45 TAPPI单位，各纸涂层在1 MPa压力下的Parker Print Surf值可小于1微米。

可借助TAPPI Standard No 480 ts-65中制定的试验测量涂布纸或纸板表面的光泽度。测量从纸或纸板表面以一定角度反射的光的强度并与已知光泽度值的标准进行比较。入射和反射光束都与表面法线呈75度角。结果表示为TAPPI光泽度单位。根据一些实施方案，颜料产品的光泽度可以大于大约50，例如大于55 TAPPI单位。

Parker Print Surf试验提供纸表面光滑度的度量并包括测量受压空气从在已知标准力下夹在包含压缩空气出口的顶板与上表面根据受试纸或纸板的性质覆以软或硬参照支撑材料片的底板之间的涂布纸或纸板样品中泄漏的速率。由空气逸出速率，计算纸表面与参照材料之间的以微米计的立方根立方间隙(root mean cube gap)。较小的这种间隙代表受试纸的表面的较高光滑度。

根据一些实施方案，该涂料组合物的胶粘剂或粘合剂可以为该涂料组合物的固含量的4重量%至30重量%，例如8重量%至20重量%（例如8重量%至15重量%）。用量取决于涂料组合物和胶粘剂的类型，胶粘剂本身可能包含一种或多种成分。例如，包含一种或多种下列胶粘剂或粘合剂成分的亲水胶粘剂可以以下列规定量使用：(a) 胶乳：含量为4重量%至20重量%（胶乳包括例如苯乙烯-丁二烯、丙烯酸胶乳、乙酸乙烯酯胶乳或苯乙烯丙烯酸共聚物）；和(b) 其它粘合剂：含量为4重量%至20重量%。其它粘合剂的实例包括酪蛋白、聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯。

根据涂料组合物和/或要涂布的材料的类型，在该涂料组合物中可包括各种种类的添加剂。这些种类的任选添加剂的实例如下：

(a) 交联剂，例如含量最多5重量%（例如乙二醛类、三聚氰胺甲醛树脂、碳酸锆铵）；

(b) 保水助剂，例如含量最多2重量%（例如羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、PVA（聚乙酸乙烯酯）、淀粉、蛋白质、聚丙烯酸酯、树胶、海藻酸盐、聚丙烯酰胺膨润土和为此类用途出售的其它市售产品）；

(c) 粘度改性剂或其它增稠剂，例如含量最多2重量%（例如聚丙烯酸酯、乳液共聚物、二氰胺、三醇类、聚氧乙烯醚、脲、硫酸化蓖麻油、聚乙烯吡咯烷酮、蒙脱石、海藻酸钠、黄原胶、硅酸钠、丙烯酸共聚物、HMC（羟甲基纤维素）、HEC（羟乙基纤维素））；

(d) 润滑或压光助剂，例如含量最多2重量%（例如硬脂酸钙、硬脂酸铵、硬脂酸锌、蜡乳液、蜡、烷基烯酮二聚物、二醇）；

(e) 分散剂，例如含量最多2重量%（例如聚合电解质，如聚丙烯酸酯/盐和含有聚丙烯酸酯/盐物类的共聚物，例如聚丙烯酸盐（例如钠和铝盐，任选具有第II族金属盐）、六偏磷酸钠、非离子多元醇、聚磷酸、缩合磷酸钠、非离子表面活性剂、烷醇胺和常用于这种功能的其它试剂）；

(f) 防沫剂/消泡剂，例如含量最多1重量%（例如表面活性剂共混物、磷酸三丁酯、脂肪聚氧乙烯酯 + 脂肪醇、脂肪酸皂、硅酮乳液和其它含硅酮的组合物、在矿物油中的蜡和无机微粒、乳化烃共混物和为实施这种功能而商业出售的其它化合物）；

(g) 干或湿粘附（pick）改进添加剂，例如含量最多2重量%（例如三聚氰胺树脂、聚乙烯乳液、脲醛、三聚氰胺甲醛、聚酰胺、硬脂酸钙、苯乙烯马来酸酐等等）；

(h) 干或湿摩擦改进和耐磨添加剂，例如含量最多2重量%（例如乙二醛基树脂、氧化聚乙烯、三聚氰胺树脂、脲醛、三聚氰胺甲醛、聚乙烯蜡、硬脂酸钙等等）；

(i) 光泽油墨持留添加剂，例如含量最多2重量%（例如氧化聚乙烯类、聚乙烯乳液、蜡、酪蛋白、瓜尔胶、CMC、HMC、硬脂酸钙、硬脂酸铵、海藻酸钠等等；

(j) 光学增亮剂（OBA）和荧光增白剂（FWA），例如含量最多1重量%（例如二苯乙烯衍生物））；

(k) 染料，例如含量最多0.5重量%；

(l) 抗微生物剂/防腐败剂，例如含量最多1重量%（例如偏硼酸盐、十二烷基苯磺酸钠、硫氰酸盐、有机硫、苯甲酸钠和为这种功能出售的其它化合物，例如Calgon Corporation出售的抗微生物聚合物系列）；

(m) 流平和匀平助剂，例如含量最多2重量%（例如非离子多元醇、聚乙烯乳液、脂肪酸、酯和醇衍生物、醇/环氧乙烷、CMC钠、HEC、海藻酸盐、硬脂酸钙和为这种功能出售的其它化合物）；

(n) 抗脂或抗油添加剂，例如含量最多2重量%（例如氧化聚乙烯类、胶乳、SMA（苯乙烯马来酸酐）、聚酰胺、蜡、海藻酸盐、蛋白质、CMC和HMC）；

(o) 抗水添加剂，例如含量最多2重量%（例如氧化聚乙烯类、酮树脂、阴离子胶乳、聚氨酯、SMA、乙二醛、三聚氰胺树脂、脲醛、三聚氰胺甲醛、聚酰胺、乙二醛类、硬脂酸酯类和为这种功能出售的其它材料）；和

(p) 不溶粘料，例如含量最多2重量%。

对于所有上列添加剂，提供的重量百分比基于该组合物中存在的颜料的干重量。如果添加剂以最低量存在，该最低量可以为基于颜料干重量的0.01重量%。

根据一些实施方案，可以在板材成形机上（即“在机(on-machine)”）或在涂布器或涂布机上“机外(off-machine)”涂布基材。高固含量涂料组合物的使用可能合意，因为此类组合物往往在涂布过程后留下较少待蒸发的水。但是，固含量不应高到足以造成高粘度和流平问题。

根据一些实施方案，该涂布方法可包括(i) 将涂料组合物施加到要涂布的基材上的工具，例如施涂器；和(ii) 确保施加所需量的涂料组合物的工具，例如计量装置。在将过量涂料组合物施加到施涂器中时，可以在施涂器下游提供计量装置。或者，可以通过计量装置（例如为薄膜压机形式）将正确量的涂料组合物施加到施涂器中。在涂料施加和计量时，可以使用支承辊（例如一个或两个施涂器）支承涂布的基材或什么都不用（即纸幅张力）。在最终除去过量涂料之前涂料与基材接触的时间（即停留时间）可以短、长或可变。

根据一些实施方案，可以在涂布站通过涂布头添加涂料组合物。根据所需的涂层品质，该基材可以单次涂布、双次涂布和三次涂布。在提供多于一个涂层时，初始涂层（即预涂层）可具有更便宜的配方并任选在涂料组合物中具有较少颜料。根据各涂布头涂布的面数，施加双涂层（即在基材各面上有一个涂层）的涂布机可具有两个或四个涂布头。一些涂布头一次仅涂布一面，但一些辊涂器（例如薄膜压机、门辊(gate roll)、施胶机）可以一次涂布基材的两面。

步骤(b)中可用的涂布机的实例包括气刀涂布机、刮刀涂布机、棒式涂布机、刮棒涂布机、多头涂布机、辊涂机、辊/刮刀涂布机、涂铸机、实验室涂布机、凹版涂布机、吻合式涂布机、液体施加系统、逆转辊涂布机和挤出涂布机。

根据本文所述的涂料组合物的一些实施方案，可以将水添加到固体中以提供一定的固体浓度，其在涂布到纸张上至所需目标涂布重量时，具有适合用大约1至大约1.5巴的压力（例如刮刀压力）涂布该组合物的流变性。例如，固含量可以为大约60%至大约70重量%。

实施例

为了评估涂料组合物，使用包装工业中所用的典型纸板作为基材或底纸（base stock）。使用CLC (Cylindrical Lab Coater)机器将含有所选板状粘土和碳酸盐颜料的样品涂料组合物施加到纸板上。在纸板的一面上施加样品涂料组合物并将样品涂布两次（即基底涂层和罩面涂层）。然后将涂布的样品纸板压光并在涂布和压光的纸板样品上进行弯曲模量和挺度测试。样品使用CreaseStream沿着纵向和横向压痕。此后，压痕样品使用橡胶辊折叠以模拟工业或制造环境中的压痕和折叠。

在显微镜下观察在压痕和折叠路径上出现的故障，并获取图像以便可以评定折痕处的剥落和开裂区域的视觉等级。评估剥落和开裂倾向的视觉等级与弯曲模量和挺度之间的相关性。

评估具有不同形状因数、陡度和粒度分布的样品含水高岭土颜料。下表1显示本文所述的不同试验中所用的样品高岭土颜料的物理性质。使用上文描述的技术测定高岭土颜料样品的形状因数。使用上文描述的Sedigraph技术测量高岭土颜料样品的粒度分布。

表1。

将高岭土颜料样品与碳酸钙颜料样品（即研磨碳酸钙（GCC））合并，合并的颜料样品以如本文中与各个试验相关的表中提到的所需固含量制浆。为了测试，使基底涂层重量保持在13克/平方米并使罩面涂层重量保持在10克/平方米。在受试样品涂料组合物中还包括下列组分：聚乙酸乙烯酯基粘合剂（即获自Celanese Emulsions的Resyn 1103）；丙烯酸粘合剂（即获自Rohm and Haas的Rhoplex P-308）；羧甲基纤维素（CMC）增稠剂（即获自METSA Specialty Chemicals的FINNFIX 30）；羧甲基纤维素（CMC）增稠剂（即获自Noviant的FINNFIX 10）；疏水改性的碱溶胀性乳液（HASE）增稠剂（即获自Rohm and Haas的Rhoplex RM232D）；丙烯酸基乳液共聚物增稠剂（即获自Alco Chemical的Alcogum L29）；和涂料润滑剂（即获自Bercen, Inc.的Berchem 4095）。

实验方法

为了评估样品的剥落和开裂特征，涂布和测试纸板样品。涂布纸板使用Beloit Model 750压光机在175磅/平方英寸（psi）压力、150℉下压光。使涂布样品在TAPPI调节室中保持至少24小时，此后使用CreaseStream机压痕。样品沿纵向和横向压痕，此后在首先背向涂布面，然后朝向涂布面的方向上折叠，以获得在折叠区发生的裂纹的视觉上显著的差异。使用500克橡胶辊制造折痕。此后将样品摊平，并使用显微镜获取开裂-剥落倾向的图像。

训练8至10个人的团队使用视觉评级法评估开裂和剥落结果，等级1最好，等级5普通，等级10最差。向该团队提供与各等级值相关的参照图像以将受试样品与这些参照图像进行比较，从而通过视觉评级法获得更准确的结果。报道各受试样品的平均开裂和剥落等级。

为开裂和剥落倾向的视觉评估考虑下列因素，对开裂而言：(1) 裂纹的轮廓尺寸；(2) 裂纹长度；和(3) 裂纹数量；对剥落而言：(1) 缺失的涂层块；(2) 松散留在折叠区的涂料颗粒；和(3) 即将从折叠区剥落的涂层。

为了评估用受试涂料样品涂布的样品纸板的强度，根据简支梁理论测试样品，各样品在相反末端支撑，在支点之间的中点施加集中荷载。参见图1，其显示测试布置的示意图，其中P是施加在样品中心的荷载，L是样品长度，E是弹性模量，I是惯性矩且∂是变形量。

根据ASTM D790-B方法在涂布纸板上进行抗弯力测量。使用带有10N测力计和MAP-Motion Analysis Presentation软件的Thwing Albert EJA系列仪器收集原始数据。可以借助弯曲试验结果理解受试材料的强度。使用Thwing Albert仪器记录施加到样品上的荷载量和相关变形的原始数据。挺度计算考虑在荷载-位移曲线图的起始段内的荷载和位移读数以更好地区分样品。力在x-y平面中施加到各样品上。在弹性范围内可以观察到，荷载和位移关系是线性的。随着在这一区域中开始裂纹萌生，这一起始区域是指示性的。

在测试过程中，跨越两个支撑铝砧放置各样品。要指出，在进行弯曲试验之前，样品纸板在CLC上涂布，压光并调节。在各试样中心施加力，并记录各样品对施加的弯曲力的抵抗性。各样品在进行弯曲试验之前在TAPPI调节室中保持至少24小时。各样品具有1英寸 x 3英寸的尺寸。

努力研究颜料堆积结构的更好的破坏是否可降低样品的模量或挺度。研究涂层中的不同GCC粗糙度对机械性质的影响及其对剥落和开裂倾向的影响。下表2显示这一试验中包括的涂料配方。使用Precision涂布机在Mylar膜上进行涂料刮涂(drawdowns)。使用Grafix制造的RL003 Polish MT/DF Mylar制图用膜（drafting film）作为这一实验中的底基材。

表2。

图2表明以50:50粘土:碳酸盐比率共混时，高形状因数板状粘土的示例性实施方案（如CKS2和CKS1）与GCC1一起表现比与CGCC1一起低的模量。这些结果基于实验室规模的刮涂研究，但总曲线图显示样品之间的模量结果的显著差异。基于这些结果，使用CLC机器进行进一步测试以模拟商业施涂过程和验证GCC粗糙度对纸板的抗弯性和折叠能力的影响。

测试提高涂料组合物中的增稠剂含量对剥落和开裂倾向的影响以测定是否可以改进罩面涂层的持留性（hold out）以便不会通过罩面涂层渗透增强更开放的基底涂层。在下表3中提供受试涂料组合物的细节。

表3。

比较结果，观察到在横向中的剥落和开裂倾向比在纵向中更严重。还发现，提高RM232增稠剂含量降低了纵向中的开裂和剥落严重性。比较这两种CMC类型，较高分子量的CMC（Finnfix 30）提供略微改进的剥落和开裂结果。

对许多样品测试涂料组合物的作用以测定影响涂料组合物的模量和挺度的因素。研究仅用基底涂层涂布的纸板和用罩面涂层和基底涂层涂布的纸板的机械强度性质以测定单和双涂层对剥落和开裂倾向的响应。下表4显示这种测试中所用的不同颜料共混物和其它组成细节。

表4。

如图3中所示，与包括Carbital 60的基底涂层组合物相比，在包括GCC1的基底涂层组合物的情况中，模量略微降低。如图4中所示，含有GCC1的涂层的弯曲挺度（IE）略低于含有CGCC1的涂层的弯曲挺度。在较低胶乳含量下包括GCC1和KS1的基底涂层组合物提供较低的挺度结果。图5表明，用包括Carbital 70:CKS1的涂料组合物作为基底涂料涂布的纸板提供略低于包括Carbital 60:CKS1的涂料组合物基底涂层的弯曲模量值。如图6中所示，用包括GCC1:CKS1的涂料组合物基底涂料涂布的纸板的挺度值略低于包括CGCC1:CKS1的涂料组合物基底涂层。

图7和8的水平图例中指定的涂料组合物以左上角的最低弯曲模量（CGCC4罩面涂层/GCC1/CKS2基底涂层）到右下角的最高模量（CGCC4:Kao91 30:70高胶乳罩面涂层/CGCC1:CKS基底涂层）的顺序罗列。相对于弯曲模量结果显示涂布纸板的剥落和开裂倾向。尽管图7和8中的数据点分散，但在含有GCC1和CGCC1的基底涂层组合物之间存在明显区别。总体而言，含有GCC1的基底涂层组合物倾向于降低剥落和开裂的严重性。罩面涂层组合物中的较高胶乳含量看起来改进剥落和开裂性能。但是，基底涂层组合物对剥落和开裂的影响比罩面涂层组合物强。

此外，测试不同的基底涂层组合物以评估是否可以在仍降低剥落的同时减少粘合剂。基底涂层颜料的选择基于上文提到的测试结果。在CLC上涂布纸板，进行标准纸试验，并评定剥落和开裂倾向等级。

就涂布纸板的折叠能力测试下列颜料样品：(1) KS1；(2) CKS2；(3) CKS1；(4) CGCC1；和(5) GCC1。就涂布纸板的折叠能力测试下列变量：增稠剂变化、KOH分散、涂层重量变化、粘合剂含量（PVAc，22、19和16份）、PVAc+丙烯酸（11和11份）和粘合剂类型（PVAc和PVAc+丙烯酸）。下表5中所示的结果使用广义回归用恒定的涂层重量和实际增稠剂含量归一化。

	组分	BC17	TC
				颜料	CKS2	50
	GCC1	50
					CGCC4		70
	CKS3		30
				粘合剂	PVAc 1103	16	11
	BASF P308		11
				润滑剂	Berchem 4095		0.7
增稠剂	Alcogum L29	0.34	0.12

表5。

图9表明，在基底涂层组合物中提高的增稠剂含量下可实现较低的剥落和开裂倾向。对之前进行的实验（其中提高罩面涂层组合物中的增稠剂含量）观察到类似结果。如图10中所示，随着增稠剂含量的提高，弯曲挺度值的略微降低解释了在较高增稠剂含量下观察到的降低的剥落和开裂倾向。

参照图11和12，尽管若干数据点分散，但趋势线表明随着基底涂层重量提高，剥落和开裂等级提高。因此，可以调节基底涂层重量水平以实现对剥落和开裂倾向的所需影响。

如图13中所示，颜料共混物GCC1/KS1和CGCC1/KS1 + PVAc1103:丙烯酸P308粘合剂与对照的CGCC1/CKS1组合物 + PVAc1103:丙烯酸P308粘合剂相比表现出较低的弯曲模量和剥落倾向。GCC1/CKS2组合物的剥落结果也优于对照CGCC1/CKS2。

如图14中所示，配方GCC1/KS1和CGCC1/KS1 + PVAc1103:丙烯酸P308（11+11份）粘合剂与对照的CGCC1/CKS1相比表现出较低的弯曲模量值和改进的开裂倾向。从图14中可以观察到，弯曲模量与开裂性能之间的相关性弱。

如图15中所示，GCC1/KS1和CGCC1/KS1 + PVAc1103:丙烯酸P308（11+11份）粘合剂的弯曲挺度结果低于对照物并具有比对照组合物CGCC1/CKS1好的剥落倾向。

图16表明开裂倾向与弯曲挺度之间的相关性弱。但是，涂料组合物 GCC1/KS1和CGCC1/KS1 + PVAc1103:丙烯酸P308（11+11份）粘合剂在较低挺度下表现出开裂倾向的一致改进。

下表6显示样品涂料组合物的平均剥落和开裂结果、弯曲模量和挺度测量结果。

表6。

下表7显示与各自的对照组合物相比改进纸板的剥落和开裂性能的样品涂料组合物。

表7。

基于测试，包括CGCC1/KS1和GCC1/KS1的样品涂料组合物提供比包括CGCC1/CKS1的对照组合物低的剥落和开裂倾向。这些样品的弯曲模量和挺度结果明显低于用对照组合物CGCC1/CKS1涂布的样品。包括GCC1/CKS2的样品组合物的剥落和开裂倾向结果好于对照组合物CGCC1/CKS2。仅改变对照涂料组合物CGCC1/CKS2中的碳酸盐表现出剥落和开裂倾向的显著改进。

如试验结果所示，GCC粗糙度看起来影响涂层的模量和挺度。涂层内的堆积结构和高形状因数板状粘土的排列对涂层的面内强度性质具有强影响。基底涂层中GCC1与粘土的组合与含有CGCC1的基底涂层组合物相比改善剥落和开裂结果。在较低胶乳含量下在基底涂层中含有KS1的组合物在一些情况中提供与包括CKS1的基底涂层相比改进的结果。可以使用略高的胶乳量改善开裂和剥落倾向。在基底涂层组合物中包括KS1颜料的组合物可以在正常或略微降低的粘合剂含量下改进折叠能力。测试还表明，增稠剂含量略高于正常含量的涂料组合物提供纸张等级的改进的整体折叠能力。

根据一些实施方案，涂料组合物可包括具有小于大约70的形状因数的高岭土和具有至少大约2.4微米的平均粒度（d₅₀）和至少大约30的陡度系数的碳酸钙。例如，d₅₀可以大于大约2.6微米，大于大约2.8微米，或大于大约3.0微米。根据一些实施方案，陡度系数（例如d₃₀/d₇₀x100）可以大于大约32，大于大约34，大于大约36，大于大约40，或大于大约43。该涂料的一些实施方案可含有具有下表8中所示的示例性粒度分布的研磨碳酸钙。表8中的组合物被称作“GCC2”

Sedigraph 5100	GCC2组合物
		< 10微米 (%)	98重量%
< 5微米 (%)	81重量%
		< 2微米 (%)	40重量%
< 1微米 (%)	13重量%
		< 0.5微米 (%)	2重量%
< 0.25微米 (%)	1重量%
		d₃₀	1.7微米
d₅₀	2.6微米
		d₇₀	4.0微米
陡度系数	43
		BET表面积	3 m²/g

表8。

从表8中可以看出，GCC2的中值粒度（d₅₀）相对较大，为大约2.6微米。GCC2的总体粒度分布具有至少大约30，尤其是大约43的相对较高的陡度系数。将GCC2分级以除去最粗的颗粒，以使esd小于大约10微米的颗粒的百分比更大，同时仍保持大致粗的粒度分布。也通过相对较低的细粒（例如esd小于1微米的颗粒）百分比指示该总体粗粒度分布。

当用在涂层，如基底涂层中时，GCC2中的较粗的窄GCC粒度分布对双层涂布纸和纸板的弯曲挺度和折叠能力具有显著影响。如表9和10中所示，通过以50:50（表9）和25:75（表10）粘土/碳酸盐比率共混不同的板状粘土与GCC2，制备几种涂料配方。在置于基材上时评估共混粘土-碳酸盐基底涂层的光滑度和折叠性能。也评估具有100%CGCC1、GCC2和CKS2的纯涂料以评估涂层结构、弯曲挺度及其对折叠能力的影响。

如上所述，粘合剂和增稠剂含量可能影响涂布基材的折叠能力。因此，当评估粘土-GCC2组合物时，基底涂层的粘合剂和增稠剂含量保持恒定。罩面涂层配方也保持恒定。为了评估该粘土-GCC2组合物，在CLC机器上两次涂布SBS底板。所有涂料在最佳固含量和大约8.5 pH下制备。为了测试，基底涂层重量保持恒定在13克/平方米，且罩面涂层保持恒定在10克/平方米。所有样品在测试前压光。

表9

表10。

图17显示与CGCC1、CKS2和两种对照组合物相比各粘土-GCC2组合物的折叠性能等级。如图17中所示，与在上述一系列无GCC2的实验中测试的其它共混物相比，基底涂层中含有GCC2颜料的组合物表现出改进的样品折叠性能。除50:50比率的KS4/GCC2和KS3/GCC2组合物外，所有其它共混物都表现出比对照涂料（例如Cntrl CKS2/CGCC1和Cntrl CKS1/CGCC1）改进的折叠能力。这些涂料配方获得的改进的折叠等级在1至5的范围内，并通常在1至4的范围。

如图17中所示，含有50:50和25:75比率的KS1/GCC2和25:75比率的CKS1/GCC2的基底涂层共混物与100% GCC2和对照配方相比表现出改进的折叠性能和光滑度。与100% GCC2共混物相比，一些共混物，如50:50比率的CKS1/GCC2也表现出光滑度的显著改进，而另一些共混物，如50:50比率的CKS2/GCC2表现出光滑度的轻微改进，同时保持相当的折叠性能。尽管25:75比率的CKS2/GCC2共混物看起来没有表现出与100% GCC2共混物相比光滑度的任何显著改进，但这种共混物与该组的其余共混物相比表现出最好的折叠性能结果。

图18显示表9和10中所述的涂层的弯曲挺度结果，其中在基底涂层配方中使用100% CGCC1。图18中的弯曲挺度结果表明用KS1/GCC2共混物（例如50:50和25:75比率）涂布的样品比实验中包括的其它粘土-碳酸盐共混物高的弯曲挺度。不受理论限制，但含有KS1颜料的涂料共混物的松厚结构有助于这些共混物的略高的弯曲挺度。比较图18的挺度结果和上述结果（例如图4和6），板状粘土-GCC2形式的挺度值的总体范围看起来略低于板状粘土-CGCC1共混物。

图19显示上述板状粘土-碳酸盐共混物在CGCC1和GCC2的情况下的松厚度的比较。图19表明KS1/碳酸盐共混物在50:50 & 75:25比率下倾向于产生比其它粘土-碳酸盐共混物更松厚的结构。从图19中也看出，具有较粗碳酸盐颜料的100% GCC2产生比100% CGCC1更松厚的结构。标准GCC，如含有较高的例如小于2微米的细粒百分比的CGCC1可提供比具有较粗颜料的较窄粒度分布，如GCC2更密的堆积。类似地，含有KS1的共混物的松厚性质可用于遮盖基纸的凹凸不平并实现改进的光滑度和光散射。

图17-19表明，KS1/GCC2共混物组合物可提供改进的折叠能力和机械强度性质所需的最佳堆积结构。例如，基底涂层中含有KS1的配方在本文中公开的各实验结果中始终表现出改进的折叠性能结果。从图17-19中所述的结果看出，与GCC2结合的KS1提供改进的光滑度和折叠性能而不影响涂布样品的弯曲挺度。

通常，与GCC2共混的KS2、CKS2、CKS1和KS1板状粘土颜料看起来表现出比与CGCC1共混的相同板状粘土颜料改进的光滑度和折叠性能。将基底涂层配方从100% CGCC1换成100% GCC2也看起来改进涂层的光滑度，但可能在一定程度上损害折叠性能。同样重要的是指出，与对照配方相比，100% GCC2涂层表现出提高的折叠性能和相当的光滑度。

测试样品涂布纸基材的汞孔隙率。图20显示涂布纸基材的汞孔隙率结果。压汞法是用于表征孔径分布和孔隙体积测量结果的广泛使用的技术。汞不润湿纸表面。在这种试验方法中，通过在分立阶段中提高压力使汞侵入样品。侵入孔隙结构的汞的体积与孔隙体积和孔径分布相关联。

如图20中所示，根据它们的不同物理性质选择的不同粘土-碳酸盐颜料产生明显不同的涂层结构。总侵入孔隙体积结果取决于（有时很明显）基底涂层颜料共混物。一些实施方案得出0.4至0.6立方厘米/克（cm³/g），例如0.4至0.41 cm³/g，0.41至0.42 cm³/g，0.42至0.43 cm³/g，0.43至0.44 cm³/g，0.44至0.45 cm³/g，0.45至0.46 cm³/g，0.46至0.47 cm³/g，0.47至0.48 cm³/g，0.48至0.49 cm³/g，0.49至0.50 cm³/g，0.50至0.51 cm³/g，0.51至0.52 cm³/g，0.52至0.53 cm³/g，0.53至0.54 cm³/g，0.54至0.55 cm³/g，0.55至0.56 cm³/g，0.56至0.57 cm³/g，0.57至0.58 cm³/g，0.58至0.59 cm³/g或0.59至0.60 cm³/g的孔隙体积。

涂层孔隙结构主要取决于基底涂层配方。总侵入体积结果显示由基底涂层共混物造成的涂层结构差异。图20表明，基底涂层中窄粒度分布的较粗的碳酸盐颜料，如GCC2带来更大的结构化能力。通过在基底涂层中用GCC2替代CGCC1，获得更高的孔隙体积。孔隙体积的总体提高有益于降低涂层的剥落和开裂倾向。压汞法结果也与图19中报道的松厚度结果相关联。尽管不希望受制于理论，但看起来具有较高孔隙体积的较松厚涂层结构可能倾向于降低在弯曲或折叠操作过程中由涂层施加的应力。因此，结果表明可以调节基底涂层配方以实现所需涂层结构和折叠能力。

考虑本文中公开的实施方案的说明和实践之后，其它实施方案对于本领域技术人员而言显而易见。说明书和实施例仅被视为示例性的。

Claims

1.一种涂料组合物，其包含：

具有小于大约70的形状因数的高岭土；和

碳酸钙，其中少于大约90重量%和多于大约60重量%的碳酸钙颗粒具有小于2微米的esd。

2.权利要求2的组合物，其进一步包含增稠剂。

3.权利要求2的组合物，其中所述增稠剂以按所述组合物活性物质干重量计大约0.1%至大约0.9%的量存在。

4.权利要求2的组合物，其中所述增稠剂以按所述组合物活性物质干重量计大约0.2%至大约0.6%的量存在。

5.权利要求2的组合物，其中所述增稠剂以按所述组合物活性物质干重量计大约0.4%至大约0.9%的量存在。

6.权利要求2的组合物，其中所述增稠剂选自碱溶性乳液聚丙烯酸酯增稠剂、疏水改性的碱溶性乳液聚丙烯酸酯增稠剂和CMC（羧甲基纤维素）增稠剂。

7.权利要求1的组合物，其中少于大约30重量%的高岭土具有小于大约0.25微米的esd。

8.权利要求1的组合物，其中少于大约25重量%的高岭土具有小于大约0.25微米的esd。

9.权利要求1的组合物，其中少于大约20重量%的高岭土具有小于大约0.25微米的esd。

10.权利要求1的组合物，其中所述高岭土具有小于大约1微米的d₅₀。

11.权利要求1的组合物，其中少于大约80重量%的高岭土具有小于大约1微米的esd。

12.权利要求1的组合物，其中少于大约90重量%的高岭土具有小于大约2微米的esd。

13.权利要求1的组合物，其中少于大约80重量%和多于大约60重量%的碳酸钙颗粒具有小于2微米的esd。

14.权利要求1的组合物，其中少于大约70重量%和多于大约60重量%的碳酸钙颗粒具有小于2微米的esd。

15.权利要求1的组合物，其中所述涂料组合物是纸基底涂料组合物。

16.权利要求1的组合物，其中所述涂料组合物是纸板基底涂料组合物。

17.一种纸产品，其在所述纸产品的至少一个表面上包含权利要求1的涂料组合物。

18.一种纸板产品，其在所述纸板产品的至少一个表面上包含权利要求1的涂料组合物。

19.一种涂料组合物，其包含：

具有小于大约70的形状因数的高岭土；和

具有至少大约2.4微米的d₅₀和至少大约30的陡度系数的碳酸钙。

20.权利要求19的组合物，其进一步包含增稠剂。

21.权利要求20的组合物，其中所述增稠剂以按所述组合物活性物质干重量计大约0.1%至大约0.9%的量存在。

22.权利要求20的组合物，其中所述增稠剂以按所述组合物活性物质干重量计大约0.2%至大约0.6%的量存在。

23.权利要求20的组合物，其中所述增稠剂以按所述组合物活性物质干重量计大约0.4%至大约0.9%的量存在。

24.权利要求20的组合物，其中所述增稠剂选自碱溶性乳液聚丙烯酸酯增稠剂、疏水改性的碱溶性乳液聚丙烯酸酯增稠剂和CMC（羧甲基纤维素）增稠剂。

25.权利要求19的组合物，其中少于大约30重量%的高岭土具有小于大约0.25微米的esd。

26.权利要求19的组合物，其中少于大约25重量%的高岭土具有小于大约0.25微米的esd。

27.权利要求19的组合物，其中少于大约20重量%的高岭土具有小于大约0.25微米的esd。

28.权利要求19的组合物，其中所述高岭土具有小于大约1微米的d₅₀。

29.权利要求19的组合物，其中少于大约80重量%的高岭土具有小于大约1微米的esd。

30.权利要求19的组合物，其中少于大约90重量%的高岭土具有小于大约2微米的esd。

31.权利要求19的组合物，其中所述碳酸钙具有至少大约2.6微米的d₅₀。

32.权利要求19的组合物，其中所述碳酸钙具有至少大约2.8微米的d₅₀。

33.权利要求19的组合物，其中所述碳酸钙具有至少大约3.0微米的d₅₀。

34.权利要求19的组合物，其中所述碳酸钙具有至少大约32的陡度系数。

35.权利要求19的组合物，其中所述碳酸钙具有至少大约34的陡度系数。

36.权利要求19的组合物，其中所述碳酸钙具有至少大约36的陡度系数。

37.权利要求19的组合物，其中所述碳酸钙具有至少大约40的陡度系数。

38.权利要求19的组合物，其中所述碳酸钙具有至少大约43的陡度系数。

39.权利要求19的组合物，其中所述涂料组合物是纸基底涂料组合物。

40.权利要求19的组合物，其中所述涂料组合物是纸板基底涂料组合物。

41.一种纸产品，其在所述纸产品的至少一个表面上包含权利要求19的涂料组合物。

42.一种纸板产品，其在所述纸板产品的至少一个表面上包含权利要求19的涂料组合物。