CN104710574A - 用于喷墨打印纸的丁苯胶乳粘合剂、其制备方法和包含所述丁苯胶乳粘合剂的涂料液体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种丁苯胶乳、其制备方法和包含所述丁苯胶乳的涂料液体，更准确地说，涉及一种用于喷墨打印纸的包含0.1-1.5重量份烯属不饱和单体并具有低表面负电荷密度的丁苯胶乳粘合剂、其制备方法和包含所述丁苯胶乳粘合剂的涂料液体。本发明提供了一种用于喷墨打印纸的涂料液体，其具有优异的价格竞争力和涂料使用性，并且同时减少了干燥过程中的能量消耗，并且由此提供了一种具有优异印刷品质的喷墨打印纸。

Description

用于喷墨打印纸的丁苯胶乳粘合剂、其制备方法和包含所述丁苯胶乳粘合剂的涂料液体
本申请是申请日为2007年12月04日，申请号为200780045208.3，发明名称为“用于喷墨打印纸的丁苯胶乳粘合剂、其制备方法和包含所述丁苯胶乳粘合剂的涂料液体”的发明专利申请(国际申请号：PCT/KR2007/006229)的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于喷墨打印纸的丁苯胶乳粘合剂(styrene-butadiene latex binder)、其制备方法和包含所述丁苯胶乳粘合剂的涂料液体，更准确地说，涉及一种用于喷墨打印纸的具有低表面负电荷密度的丁苯胶乳粘合剂、其制备方法、用于喷墨打印纸的具有优异价格竞争力和涂料使用性并对于干燥过程需要较少能量消耗的涂料液体以及具有令人满意的印刷品质的喷墨打印纸。
背景技术
随着计算机普及和互联网商业化的实现以及其它电子通讯设备创新性发展的推进，作为用于传递信息和广告的介质的文化用纸逐渐将它的地位移交给数字介质。出版书籍和杂志的方法由“印刷和发行”转变为“发行和印刷”，且随着数字体系的发展对于适合的纸张预期有巨大的需求。与常规的体系(书店中销售的印刷和装订的书籍)不同，近来的数字体系通过互联网传送信息，之后经销商或消费者搜寻信息，并且如果需要的话，经销商或消费者通过格式化数字印刷方法直接打印信息。且预期在不远的将来将普及这种数字印刷体系。
数字印刷可以大致分为两种不同的方法；墨粉型和喷墨型。在接近2000年时，，在需要拷贝高达2000的情况下，数字印刷已经占有了41％的市场。且它的市场份额将很快与传统的胶版印刷一样高。
喷墨型是用于数字印刷的最通用类型，其已经广泛用于多色印刷，随着数字照相机的普及和图像在互联网上的使用，其市场份额将被扩大。最近，对于喷墨打印纸的制备已经使用二氧化硅作为主要的材料并且使用聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯作为粘合剂。为了增加保存和图像的再现性，更高级的材料是用于相纸的多层材料。
使用聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯作为粘合剂的原因在于，主要材料二氧化硅具有要求高粘合力的非常大的比表面积，且它们具有与包含可溶染料的喷墨油墨良好的相容性。此外，聚乙酸乙烯酯具有弱的离子强度，这表明它并不与聚DADMAC(其为用于制备用于喷墨打印纸的涂料液体的阳离子添加剂)相互作用，因此用于喷墨打印纸的量子性质可以得到良好的保持。但是，这些水溶性粘合剂，聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯，是非常昂贵的材料且极大地增加了涂料液体的粘度，导致涂料使用性的降低、用于干燥过程的能量消耗的增加以及喷墨打印纸品质的劣化。特别应该指出的是，聚乙酸乙烯酯导致产品不规则并且作为喷墨粘合剂功能不足。
发明内容
技术问题
为解决上述技术为题，本发明的目的在于提供一种用于喷墨打印纸的丁苯胶乳粘合剂及其制备方法，相对于100重量份总单体，所述丁苯胶乳粘合剂包含0.1-1.5重量份的烯属不饱和单体，并且其具有低表面负电荷密度和常规玻璃化转变温度。
本发明的目的还在于提供一种包含所述胶乳的用于喷墨打印纸的涂料液体，该涂料液体具有优异的价格竞争力和涂料使用性，并且降低了用于干燥过程的能量消耗。
本发明的另一个目的在于提供一种涂布了所述涂料液体的具有优异印刷品质的喷墨打印纸。
技术方案
本发明的以上目的和其它目的可以通过本发明的以下实施方案实现。
为了实现以上目的，本发明提供了一种用于喷墨打印纸的丁苯胶乳粘合剂，相对于100重量份的总单体，其含有0.1-1.5重量份的烯属不饱和单体，并且具有20-50℃的玻璃化转变温度。
本发明还提供了该丁苯胶乳的制备方法。
本发明进一步提供了一种包含该丁苯胶乳的用于喷墨打印纸的涂料液体。
本发明还提供了用所述涂料液体涂布的喷墨打印纸。
在下文中详细描述本发明。
本发明的发明人确认，使用具有低表面负电荷密度和常规玻璃化转变温度的丁苯胶乳代替昂贵的聚乙酸乙烯酯(用于传统喷墨打印纸粘合剂的两种主要材料(聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯)之一)的优点为，制备的喷墨打印纸具有优异的印刷品质，由于低粘度而提高了涂料使用性，并且由于低持水容量而减少了干燥能量消耗，由此完成了本发明。
本发明的丁苯胶乳是用于喷墨打印纸粘合剂的胶乳，相对于100重量份的总单体，其含有0.1-1.5重量份的烯属不饱和单体并且具有20-50℃的玻璃化转变温度。
这种丁苯胶乳通过聚合100重量份单体混合物制备，该单体混合物包含20-85重量份的苯乙烯单体、10-70重量份的丁二烯单体、0.5-15重量份的乙烯氰单体、0.1-1.5重量份烯属不饱和单体和1-25重量份可与上述单体共聚的单体。
这里的苯乙烯单体起到调节聚合胶乳的硬度和抗水性的作用并且可以是任何用于制备常规丁苯胶乳的苯乙烯单体。
这里的丁二烯单体赋予聚合胶乳挠性，并且可以是任何用于制备常规的丁苯胶乳的丁二烯单体，优选为1,3-丁二烯。
所述烯属不饱和单体可以是不饱和羧酸或具有至少一个或多个羧酸基的不饱和多羧酸烷基酯。
所述不饱和羧酸优选为一种或几种选自甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、富马酸和马来酸中的化合物。
所述不饱和多羧酸烷基酯优选为一种或几种选自衣康酸单乙酯、富马酸单丁酯和马来酸单丁酯中的化合物。
所述烯属不饱和单体起到保持粒子稳定性并将该胶乳改变为阴离子性胶乳的作用。但是，由于它的阴离子性质，这种单体与阳离子添加剂“聚DADMAC”(通常用于制备用于喷墨打印纸的涂料液体)相互作用，导致粘度的快速增加。因此这种单体的含量优选调节为最小量以便保持粒子的稳定性，相对于100重量份总单体，其量为0.1-1.5重量份。
这里的乙烯氰单体是丙烯腈或甲基丙烯腈。
可以用于共聚合的单体是一种或几种选自不饱和羧酸烷基酯、不饱和羧酸羟基烷基酯、不饱和羧酸酰胺及其衍生物以及芳香族乙烯基单体中的化合物。
所述不饱和羧酸烷基酯优选为一种或几种选自甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的化合物。
所述不饱和羧酸羟基烷基酯优选为一种或几种选自丙烯酸β-羟乙酯、丙烯酸β-羟丙酯和甲基丙烯酸β-羟乙酯中的化合物。
所述不饱和羧酸酰胺及其衍生物优选为一种或几种选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、衣康酰胺、马来酸单酰胺及其衍生物中的化合物。
所述芳香族乙烯单体优选为一种或几种选自α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯和对甲基苯乙烯中的化合物。
所述用于喷墨打印纸的丁苯胶乳粘合剂具有150-300nm的粒子尺寸。当粒子尺寸在该范围内时，粘度降低并且因此具有优异的涂料使用性。
用于喷墨打印纸的丁苯胶乳粘合剂的玻璃化转变温度优选为20-50℃，当玻璃化转变温度在该范围内时，粘度和持水容量都降低，并且因此具有优异的涂料使用性且减少了干燥能量消耗。如果玻璃化转变温度低于以上范围，在具有多孔结构的二氧化硅表面上会观察到吸附作用并且会形成膜，导致涂料层孔隙的减少。相反，如果玻璃化转变温度高于上述范围，涂料层的粘合力会降低。
本发明用于喷墨打印纸的丁苯胶乳粘合剂的制备方法为聚合100重量份的单体混合物，该单体混合物包含20-85重量份苯乙烯单体、10-70重量份丁二烯单体、0.5-15重量份乙烯氰单体、0.1-1.5重量份烯属不饱和单体和1-25重量份能够与上述单体共聚的另一种单体。
在丁苯胶乳的聚合中还可以包括链转移剂，并且相对于100重量份总单体，优选此时链转移剂的量为0.1-5重量份。
为了调节丁苯胶乳的粒子尺寸，可以使用常规的苯乙烯-丁二烯种子且对其含量没有限制。种子的尺寸为20-100nm，且相对于100重量份总单体，其含量优选为1-15重量份。
所述丁苯胶乳可以另外地包括添加剂，例如聚合引发剂、乳化剂和电解质。
所述链转移剂用于调节丁苯胶乳的分子量、凝胶含量和凝胶结构，其实例为正十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇等。
本发明的用于喷墨打印纸的涂料液体包含二氧化硅(无机颜料)、聚乙烯醇(粘合剂)、上述制备的丁苯胶乳和聚DADMAC(阳离子添加剂)。
所述涂料液体优选由100重量份二氧化硅、30-100重量份粘合剂和10-20重量份聚DADMAC组成。
如果粘合剂的含量高达100重量份，则粘合剂就不会降低涂料层的孔隙度，导致优异的印刷品质。如果粘合剂的含量为至少30重量份，涂料层内部的粘结强度将会是优异的，导致优异的粘合力和表面强度。
这里的粘合剂优选由重量比为5:1-1:5(聚乙烯醇:丁苯胶乳)的聚乙烯醇和丁苯胶乳组成。
所述喷墨打印纸为用上述涂料液体涂布的打印纸。
具体实施方式
如以下实施例所示说明本发明切实可行的和目前优选的实施方案。
但是考虑到本公开的内容，对本领域技术人员显而易见的是可以在本发明的精神和范围内进行修改和改进。
[实施例]
实施例1
<丁苯胶乳的制备>
将装备有搅拌器、温度计、冷却器和氮气入口的并且设计用于连续添加单体、乳化剂和聚合引发剂的10L压力反应器充满氮气。相对于100重量份总单体，向反应器添加22重量份丁二烯、62重量份苯乙烯、10重量份甲基丙烯酸甲酯、5重量份丙烯腈、1重量份甲基甲基丙烯酸、3.5重量份苯乙烯-丁二烯种子(通过75重量％苯乙烯和25重量％丁二烯的乳液聚合制备)、0.5重量份十二烷基苯磺酸钠、0.3重量份叔十二烷基硫醇、0.4重量份碳酸氢钠和105重量份离子交换水，然后反应器的温度升高到82℃。将0.8重量份过硫酸钠加入到其中作为聚合引发剂，之后搅拌大约300分钟以聚合丁苯胶乳。
<用于喷墨打印纸的涂料液体的制备>
将100重量份二氧化硅、30重量份聚乙烯醇、30重量份上述制备的丁苯胶乳、10重量份阳离子添加剂(聚DADMAC)和1050重量份离子交换水混合以制备用于喷墨打印纸的涂料液体。
<喷墨打印纸的制备>
用上述制备的涂料液体以8g/m2涂布原纸(72gsm)，将其在130℃的烘箱中干燥20秒，之后通过在40℃和100kgf/cm下砑光以制备喷墨打印纸。
实施例2
除了将苯乙烯-丁二烯种子的量调节为1.5重量份以调节粒子尺寸以外，通过与实施例1中描述的相同方法制备丁苯胶乳、涂料液体和喷墨打印纸。
实施例3
除了丁二烯添加量为18重量份并且苯乙烯添加量为66重量份以调节玻璃化转变温度以外，通过与实施例1中描述的相同方法制备丁苯胶乳、涂料液体和喷墨打印纸。
实施例4
除了丁二烯添加量为18重量份、苯乙烯添加量为66重量份和苯乙烯-丁二烯种子添加量为1.5重量份以调节粒子尺寸和玻璃化转变温度以外，通过与实施例1中描述的相同方法制备丁苯胶乳、涂料液体和喷墨打印纸。
对比实施例1
使用用于喷墨打印纸的商购常规聚乙酸乙烯酯代替实施例1中制备的丁苯胶乳制备涂料液体和喷墨打印纸。
对比实施例2
除了丁二烯添加量为31重量份和苯乙烯添加量为53重量份以便对比玻璃化转变温度以外，通过与实施例1中描述的相同方法制备丁苯胶乳、涂料液体和喷墨打印纸。
对比实施例3
除了丁二烯添加量为31重量份、苯乙烯添加量为53重量份和苯乙烯-丁二烯种子添加量为13重量份以便对比粒子尺寸和玻璃化转变温度以外，通过与实施例1中描述的相同方法制备丁苯胶乳、涂料液体和喷墨打印纸。
对比实施例4
除了丁二烯添加量为38重量份、苯乙烯添加量为46重量份、衣康酸添加量为3.5重量份、苯乙烯-丁二烯种子添加量为13重量份和十二烷基苯磺酸钠添加量为0.25重量份以便对比表面负电荷密度以外，通过与实施例1中描述的相同方法制备丁苯胶乳、涂料液体和喷墨打印纸。
对比实施例5
除了丁二烯添加量为25重量份、苯乙烯添加量为59重量份、衣康酸添加量为2.4重量份和苯乙烯-丁二烯种子添加量为8.5重量份以便对比表面负电荷密度和粒子尺寸以外，通过与实施例4中描述的相同方法制备丁苯胶乳、涂料液体和喷墨打印纸。
实验实施例
<丁苯胶乳的物理性质>
测试实施例和对比实施例中制备的丁苯胶乳的物理性质并且结果显示在表1中。
*粒子尺寸－用激光散射分析仪测量(Nicomp)。
*玻璃化转变温度通过在氮气的存在下用差示扫描量热仪(TA)以20℃/min的升温速度测量。
*表面负电荷密度用粒子电荷探测器(Mutek)测量。
表1
[表1]
如表1所示，本发明通过使用少量的烯属不饱和单体制备的丁苯胶乳(实施例1-4)表现出低的表面负电荷密度，而通过使用过量的烯属不饱和单体制备的胶乳(对比实施例4-5)表现出显著高的表面负电荷密度。
<用于喷墨打印纸的涂料液体的物理性质>
以上制备的涂料液体的物理性质通过以下方法测量并且结果显示在表2中。
*粘度－用布氏粘度计(Brookfield Viscometer)用#3轴在60rpm下测量。
*持水容量－用在2.0bar的条件下测量60秒。
表2
[表2]
如表2所示，本发明实施例1-4的涂料液体具有比通过使用聚乙酸乙烯酯作为粘合剂制备的对比实施例1的产品更低的持水容量。
对比实施例2-3的涂料液体包含具有超出本发明确定的可接受范围内的玻璃化转变温度的丁苯胶乳，对比实施例4-5的涂料液体包含具有由过量烯属不饱和单体导致的高表面负电荷密度的丁苯胶乳，经证实它们具有显著增加的持水容量。
<喷墨打印纸的物理性质>
以上制备的喷墨打印纸的物理性质在用喷墨打印机(Epson Stylus 830)打印后通过以下方法测量且结果显示在表3中。
*白度－用Elrepho分光光度计测量(L&W，TAPPI测试方法T452om-98)。
*不透明度－用Elrepho分光光度计测量(L&W，TAPPI测试方法T519om-98)。
*光泽度－用光泽计测量(L&W，TAPPI测试方法T480om-99)。
*圆度－用图像分析程序Image-pro plus 4.1测量。
*色密度－用Macbeth Ink Densitometer D19C测量。
*抗水性－测量打印的涂布打印纸的色密度。然后，将打印纸浸泡在蒸馏水中1个小时并且完全干燥，之后再次测量色密度。水浸透1小时后测量的色密度的程度表示为初始色密度的％。
*表面强度－用IGT测试仪测量。
表3
[表3]
如表3所示，本发明实施例1-4中制备的包含聚乙酸乙烯酯的喷墨打印纸表现出与对比实施例1中制备的喷墨打印纸同等优异的色密度和白度以及更好的抗水性和表面强度。
对比实施例2-5的喷墨打印纸包含具有超出本发明确定的可接受范围内的玻璃化转变温度、粒子尺寸和表面负电荷密度的丁苯胶乳，表现出显著低的表面强度和抗水性。
工业实用性
正如以上所解释的，本发明用于喷墨打印纸的丁苯胶乳粘合剂具有优异的价格竞争力、低的表面负电荷密度和常规的玻璃化转变温度，这导致在制备用于喷墨打印纸的涂料液体期间涂料使用性的增加和用于干燥过程的能量消耗的降低，并且因此可以提供具有优异印刷品质的喷墨打印纸。本发明还提供了所述丁苯胶乳的制备方法。
对那些本领域技术人员显而易见的是，前述描述中公开的概念和特殊实施方案可以容易的用作改进或设计其它实施方案的基础来用于进行与本发明相同的目的。同样对本领域技术人员显而易见的是，这些等价实施方案没有脱离所附权利要求书中所阐明的本发明的实质和范围。

Claims (9)

1.一种用于喷墨打印纸粘合剂的丁苯胶乳，该丁苯胶乳通过聚合下列组分而制备：
(1)100重量份的单体混合物，包括20-85重量份的苯乙烯单体、10-70重量份的丁二烯单体、0.5-15重量份的乙烯基氰单体、0.1-1.5重量份的不饱和羧酸单体，以及1-25重量份的可与上述单体共聚合的单体，
(2)基于100重量份总单体，1-15重量份的苯乙烯-丁二烯种子，以及
(3)基于100重量份总单体，0.1-5重量份的链转移剂，
其中，所述苯乙烯-丁二烯种子具有20-100nm的粒子尺寸，由苯乙烯单体与丁二烯单体之间的乳液聚合而得到，
所述丁苯胶乳具有20-50℃的玻璃化转变温度，50-200μeq/g的表面负电荷密度，以及150-300nm的粒子尺寸，以及
所述丁苯胶乳与聚乙烯醇一起使用。
2.根据权利要求1所述的用于喷墨打印纸粘合剂的丁苯胶乳，其中所述不饱和羧酸单体为不饱和羧酸或具有至少一个羧基的不饱和多羧酸烷基酯。
3.一种用于喷墨打印纸的涂料液体，其包含：权利要求1或权利要求2所述的用于喷墨打印纸粘合剂的丁苯胶乳，聚乙烯醇，作为无机颜料的二氧化硅和作为阳离子添加剂的聚DADMAC。
4.根据权利要求3所述的用于喷墨打印纸的涂料液体，其中所述涂料液体包含：100重量份的作为无机颜料的二氧化硅，20-100重量份的作为粘合剂的用于喷墨打印纸粘合剂的丁苯胶乳和聚乙烯醇，以及10-20重量份的作为阳离子添加剂的聚DADMAC。
5.根据权利要求4所述的用于喷墨打印纸的涂料液体，其中所述用于喷墨打印纸的丁苯胶乳与聚乙烯醇的重量比为5:1-1:5。
6.根据权利要求4所述的用于喷墨打印纸的涂料液体，其中所述用于喷墨打印纸的涂料液体的粘度为10-300cPs，其是用布氏粘度计用#3轴在60rpm下测量的。
7.根据权利要求5所述的用于喷墨打印纸的涂料液体，其中所述涂料液体的持水容量为50-1000g/m2。
8.一种用于喷墨打印纸粘合剂的丁苯胶乳的制备方法，所述用于喷墨打印纸粘合剂的丁苯胶乳通过聚合下列组分而制备：
(1)100重量份的单体混合物，包含20-85重量份的苯乙烯单体、10-70重量份的丁二烯单体、0.5-15重量份的乙烯基氰单体、0.1-1.5重量份的不饱和羧酸单体和1-25重量份的可与以上单体共聚的单体，
(2)基于100重量份总单体，1-15重量份的苯乙烯-丁二烯种子，以及
(3)基于100重量份总单体，0.1-5重量份的链转移剂，
其中，所述苯乙烯-丁二烯种子具有20-100nm的粒子尺寸，由苯乙烯单体与丁二烯单体之间的乳液聚合而得到，
所述丁苯胶乳具有20-50℃的玻璃化转变温度，50-200μeq/g的表面负电荷密度，以及150-300nm的粒子尺寸，以及
所述丁苯胶乳与聚乙烯醇一起使用。
9.根据权利要求8所述的用于喷墨打印纸粘合剂的丁苯胶乳的制备方法，其中，所述不饱和羧酸单体为不饱和羧酸或具有至少一个羧基的不饱和多羧酸烷基酯。
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