CN104918790A - 低克重的记录介质 - Google Patents

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Abstract

本公开内容提供了低克重的记录介质以及相关的方法和系统。在一个实例中，低克重的记录介质可包含具有65gsm或更低定量的原纸基，所述原纸基包含木纤维和2wt％至10wt％的包括碳酸钙的填料。表面处理溶液被施加至所述原纸基，并且包含表面施胶剂和3wt％至15wt％的碳酸钙。

Description

低克重的记录介质
背景技术
喷墨印刷之所以已经成为一种在各种介质(特别是纸介质基底和相片介质基底)的表面上记录图像的普遍方式是有多种原因的。其中一些原因包括低打印机噪音、高速记录的能力和多色记录的能力。此外，这些优点能以对消费者的相对低的价格获得。就喷墨油墨化学性质而言，大多数商用喷墨油墨是基于水的。因此，它们的成分一般是水溶性的，正如许多染料的情况；或是水可分散的，正如颜料的情况。此外，喷墨油墨具有适应高频喷射的低粘度，并且喷射室(firing chamber)再填充过程可为典型的油墨喷墨构造。此外，在印刷页上，就喷墨构造而言具有正印刷特性的油墨通常具有不太理想的性能，反之亦然。
虽然已经结合喷墨印刷使用了各种印刷介质，但低克重纸张仍是具有挑战性的印刷介质，在其中可能难以得到可接受的运行性、纸张物理性能和印刷质量。因此，人们对于开发可以有效地用于喷墨印刷的某些类型的介质有持续的兴趣。
发明内容
已经认识到的是，可以制造低克重的记录介质以在用喷墨油墨印刷时提供优异的印刷质量。据此，本文描述的低克重的记录介质和相关的方法涉及在造纸工艺中掺入和使用填料。要注意的是，当讨论本发明的记录介质、方法和系统时，可以认为这些讨论中的每一个都可用于这些实例中的每一个，无论它们是否在该实施例的上下文中被明确讨论。因此，例如，在对低克重的记录介质中的二氧化钛的讨论中，该二氧化钛也可被用于制备低克重记录介质的方法中，反之亦然。
通常，记录介质(包括低克重的记录介质)包含木浆和各种添加剂。然而，尤其是对于低克重的记录介质，获得良好的挺度以及不透明度是具有挑战性的。为此，如本文所述，已经认识到并且发现，可以在造纸工艺中用低含量的填料(二氧化钛、碳酸钙或粘土)制造低克重的记录介质，并且可以用含有碳酸钙和/或二氧化钛的施胶压榨溶液(size press solution)进一步改良，以提供具有所需挺度和不透明度的低克重的记录介质。值得注意的是，这样的特性可允许在用喷墨油墨喷墨印刷时有优异的印刷质量。
值得注意的是，在表面处理溶液中使用碳酸钙或者碳酸钙和二氧化钛可以为低克重的记录介质提供改善的不透明度，而又不损失挺度。另外，在一些实例中，可以提高挺度。此外，使用这些材料可以替代更昂贵的添加剂，使得本介质在印刷质量以及成本上都是有利的。
考虑上文，低克重的记录介质通常可包括具有65gsm或更低定量的原纸基和吸收到所述原纸基中的表面处理溶液。原纸基可包含木纤维和2wt％至10wt％的包括碳酸钙的填料。另外，表面处理溶液可包含表面施胶剂和3wt％至15wt％的碳酸钙。如本文所使用，除非另有说明，“低克重”是指带有具有65gsm或更低定量的原纸基的记录介质。在一个实例中，原纸基可具有60gsm或更低的定量，并且在一个方面中，可小于55gsm。通常，如本文所使用，当涉及原纸基中的成分时，重量百分比(wt％)是基于原纸基的总重量的，或者当涉及表面处理溶液中的成分时，重量百分比(wt％)是基于表面处理溶液的总重量的。
本低克重的记录介质可以提供优异的印刷质量。如本文所讨论，术语“印刷质量”或“PQ”是指下列特性中的一种或多种：介质的光密度(“打印浓度”)、色域、透墨(strikethrough)和不透明度。在一个实例中，本发明的记录介质可具有优异的不透明度。如本文所使用，除非另有说明，“不透明度”是由TAPPI标准测试法，方法T425测量的。在一个实例中，低克重的记录介质可具有至少78的不透明度。在一个方面，不透明度可为至少82，或者在一个具体方面中，至少85。
另外，本低克重的记录介质可以在包括例如高速印刷的印刷系统中提供优异的加工性能。该加工性能可与记录介质的挺度有关。如本文所使用，除非另有规定，“挺度”是由L&W弯曲测试仪对瓦楞纸制品(flute products)(5mm条)5度弯曲测量的。除非另有规定，挺度在本文中记为毫牛-米。纵向(MD)挺度是在与造纸机运行相同的方向上弯曲纸板(sheet)所需的力的量度。横向(CD)挺度是在造纸机运行的横向方向上弯曲纸板所需的力的量度。在一个实例中，低克重的记录介质可具有至少0.16的MD挺度。在一个方面中，MD挺度可为至少0.18，或者在另一个方面中，为0.19。在一个具体的方面中，MD挺度可为至少0.20。
如本文所讨论，低克重的记录介质通常包括在造纸装置的施胶压榨中用溶液处理过的原纸基。通常，原纸基包含填料和木纤维。填料可以只包括碳酸钙或者包括碳酸钙与其它填料，例如二氧化钛和/或粘土。在一个实例中，填料包括二氧化钛和碳酸钙。此外，原纸基可以包括其它添加剂，包括内施胶剂。
通常，在纸浆悬浮液被转换成纸幅或基底之前将内施胶剂添加至纸浆悬浮液以提供基底的内部施胶。该内部施胶处理有助于在使用期间在所得基底中形成耐液体性。在造纸工艺的进一步的阶段中，内部施胶也可以防止任何随后施加的表面处理溶液大量渗透到最终纸板中，从而使表面施胶通常保留在其具有最大效力的表面上。适用于该目的的内施胶剂包括任何常用在造纸机的湿部的那些。例如，松香；用明矾(Al2(SO4)3)沉淀的松香；松香酸和松香酸同系物，例如新枞酸和左旋海松酸；硬脂酸和硬脂酸衍生物；碳酸锆铵；硅酮和含硅铜的化合物；通用结构CF3(CF2)nR的含氟化合物，其中R为阴离子、阳离子或另一官能团，并且n的范围可为1至1000；淀粉和淀粉衍生物；甲基纤维素；羧甲基纤维素(CMC)；聚乙烯醇；藻酸盐；蜡；蜡乳液；烷基烯酮二聚体(AKD)；烯基烯酮二聚体乳液(AnKD)；烷基琥珀酸酐(ASA)；ASA或AKD与阳离子淀粉的乳液；结合ASA的明矾；和其它已知的内施胶剂；和它们的混合物。内施胶剂通常以造纸领域技术人员已知的浓度水平使用。例如，在一些应用中，内施胶剂的量可在原纸基量的约0.3Kg/T至20Kg/T的范围内。
如本文所讨论，低克重的记录介质通常包括施加到原纸基的表面处理溶液。虽然表面处理溶液通常包括碳酸钙和第一表面施胶剂，但表面处理溶液还可含有二氧化钛和另外的(多种)表面施胶剂。在一个实例中，表面施胶剂可为淀粉或淀粉衍生物。在另一个实例中，表面处理溶液可包括淀粉和第二表面施胶剂。
通常，表面施胶剂有助于形成对液体通过纸张基底渗透的抗性，还会改善纸张表面平滑度。一些合适的表面施胶剂包括，但不限于，淀粉和淀粉衍生物；羧甲基纤维素(CMC)；甲基纤维素；藻酸盐；蜡；蜡乳液；烷基烯酮二聚体(AKD)；烷基琥珀酸酐(ASA)；烯基烯酮二聚体乳液(AnKD)；ASA或AKD与阳离子淀粉的乳液；结合ASA的明矾；水溶性聚合材料，例如聚乙烯醇、明胶、丙烯酰胺聚合物、丙烯酸聚合物或共聚物、醋酸乙烯酯胶乳、聚酯、偏二氯乙烯胶乳、苯乙烯-丁二烯、丙烯腈-丁二烯共聚物、苯乙烯丙烯酸共聚物和共聚物；以及这些试剂的各种组合。在一个实例中，表面施胶剂可包括淀粉或淀粉衍生物。合适的淀粉的实例为玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、大米淀粉、西米淀粉和马铃薯淀粉。这些淀粉种类可为非改性淀粉、酶改性淀粉、热和热-化学改性淀粉以及化学改性淀粉。化学改性淀粉的实例为转化淀粉，例如酸流动性淀粉(acid fluidity starches)、氧化淀粉和焦糊精；衍生淀粉，例如羟烷基淀粉、氰乙基淀粉、阳离子淀粉醚、阴离子淀粉、淀粉酯、淀粉接枝物(starch grafts)和疏水性淀粉。
通常，表面施胶剂可以以造纸领域中常规的浓度水平使用。在一个实例中，表面施胶剂可以以0.1wt％至80wt％的含量存在于表面处理溶液中。另外，表面处理溶液可包含1wt％至8wt％含量的二氧化钛。在一个方面中，表面处理溶液可包含4wt％至7wt％含量的二氧化钛。
如上文所讨论，原纸基通常包含2wt％至10wt％含量的填料。在一个实例中，填料可以以3wt％至10wt％、4wt％至10wt％、甚至5wt％至10wt％的含量存在于原纸基中。填料中的二氧化钛、碳酸钙和粘土的含量可以变化。通常，每种组分(如果存在)的含量范围可为0.01wt％至10wt％，使得总量通常不超过10wt％。在一个实例中，二氧化钛可为0.01wt％至1wt％。在另一个实例中，碳酸钙可为2wt％至9wt％。
如本文所使用，术语“木纤维”是指纤维素纤维和其它已知的纸纤维(包括如本文所定义的硬木纸浆和软木纸浆)。如本文所使用，术语“硬木纤维”或“硬木纸浆”是指自诸如白杨、桦树、橡树、山毛榉、枫树和桉树的落叶树(被子植物)的木质物质衍生的纤维浆。如本文所使用，术语“软木纤维”或“软木纸浆”是指由诸如冷杉、云杉和松树(例如火炬松、湿地松、科罗拉多云杉、香脂冷杉和道格拉斯冷杉)品种的针叶树(裸子植物)的木质物质衍生的纤维浆。
在一个实例中，原纸基可含有软木和硬木纤维的混合物。在一个实例中，原纸基可含有0.01wt％至70wt％含量的软木纤维(如果存在)。在另一个实例中，原纸基可含有30wt％至100wt％含量的硬木纤维。在另一个方面，原纸基可含有按重量计范围为约70:30至1:100的比例的软木和硬木纤维。
除了上述之外，本低克重的记录介质还可包含金属盐。该金属盐通常被添加至表面处理溶液，并能改善色域以及色彩丰富度。在一个实例中，所述盐可包括至少一种水溶性金属盐。合适的金属盐包括但不限于选自第I族金属、第II族金属、第III族金属、过渡金属和它们的组合的组中的单价金属盐和多价金属盐。这些金属盐还可进一步包括选自由氯化物、碘化物、溴化物、硝酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐、磷酸盐、氯酸盐、醋酸盐、甲酸盐和它们的组合组成的组中的阴离子。其具体实例包括氯化钡、氯化钙、醋酸钙、硝酸钙、甲酸钙、氯化镁、硫酸锰、硝酸镁、醋酸镁、甲酸镁、氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、甲酸锌、氯化锡、硝酸锡、氯化锰、硫酸锰、硝酸锰、甲酸锰、硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、醋酸铝等。这些金属盐可以单独使用或以两种或更多种的组合使用。表面处理溶液中的金属盐浓度可以是任何浓度，只要它不超过临界饱和浓度。在一个实例中，金属盐的浓度可为0.1wt％至30wt％，并且在一个方面中，为2wt％至10wt％。
此外，一种制造低克重的记录介质的方法可包括获得如本文所述的原纸基；以及在造纸工艺中将如本文所述的表面处理溶液施加至所述原纸基上。获取步骤可包括通过组合二氧化钛、碳酸钙和木纤维形成纸浆以及将所述纸浆挤压成为原纸基而制造原纸基。
此外，喷墨印刷的系统可包括油墨墨盒储存器(ink cartridge reservoir)中装载的喷墨油墨，以及如本文所述的任何低克重的记录介质。
除了本文所讨论的成分和添加物之外，低克重的记录介质还可进一步包括其它添加剂，例如杀菌剂、粘度调节剂、用于pH调节的材料、多价螯合剂、防腐剂等。
纸张亮度和记录介质的白度可以根据需要而改变。因此，可将光学增亮剂(OBA)或荧光增白剂(FWA)添加至表面施胶溶液以改善纸张的光学外观，如亮度或白度。OBA或FWA通常是吸收电磁波谱的300nm至360nm处的紫外辐射能并且在可见光范围内主要是蓝光波长区域(通常为420nm至470nm)内再发射能量的化合物。如本文所使用，术语“OBA”可与“FWA”互换。
此外，要理解的是，本公开内容并不限于本文所公开的特定工艺步骤和材料，因为这样的工艺步骤和材料可有所变化。还要理解的是，本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的。这些术语并非意在限制，因为本公开内容的范围旨在仅由所附权利要求及其等效形式所限定。
要注意的是，除非上下文另外明确指出，如本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代。
如本文所使用，为方便起见，可在共同的列表中给出多个项目、结构要素、组合要素和/或材料。然而，这些列表应被解释为如同列表的每个成员单独确认为独立且唯一的成员。因此，在无相反指示的情况下，不应仅根据出现在一个共同的组中，就把该列表的任意独立成员解释为同一列表的任何其它成员的实际等效物。
浓度、用量和其它数值数据可在本文中以范围形式表达或呈现。要理解的是，该范围形式仅仅为了方便和简洁而使用，并且因此应被灵活地解释为不仅包括明确列为范围的界限的数值，而且还包括该范围内所包括的所有单个数值或子范围，如同明确列出了每个数值和子范围。例如，“约1至约5”的数值范围应被解释为不仅包括明确列出的约1至约5的值，而且还包括该所示范围内的单个数值和子范围。因此，该数值范围包括诸如2、3.5和4的单个数值和诸如1～3、2～4和3～5的子范围等。此外，有下端“0”的数值范围可包括使用“0.1”作为下端点的子范围。
具体实施方式
实施例
下面说明了目前已知的本发明的记录介质、方法和系统的一些实施例。然而，要理解的是，以下仅为示范或说明本发明的组合物、方法和系统的原理的的应用。在不背离本发明的组合物、方法和系统的精神和范围的情况下，本领域技术人员可作出许多修改和替代的组合物、方法和系统。所附权利要求旨在涵盖这些修改和布置。因此，虽然上文已详细描述了本发明的记录介质、方法和系统，但下面的实施例结合目前被视为可接受的实例提供进一步的细节。
实施例1——低克重的记录介质
根据表1中所列的含量和组成成分制备六种的低克重的记录介质，所述记录介质具有60gsm定量的原纸基。
表1
成分 wt％
硬木纤维 67.2
软木纤维 28.2
二氧化钛 1
碳酸钙 3
如表1中所概述的原纸基的纸板具有以2gsm的量施加至其的表面处理溶液，溶液1和溶液2。具体地，三种纸板具有溶液1，并且三种纸板具有溶液2。表2列出了用于每种溶液的组成成分和用量。
表2
成分 溶液1 溶液2
碳酸钙(g) 14 20
二氧化钛(g) 4.8 --
淀粉(15.2％固体)(g) 123.7 131.6
总的溶液和水(g) 200 200
pH 7.47 8.86
粘度(cP) 280.8 269.2
溶液中的碳酸钙％ 7 10
溶液中的二氧化钛％ 2.4 0
总固体(wt％) 20.27 20.02
实施例2——挺度和不透明度数据
如表3中所列，对实施例1的低克重的记录介质和对照的低克重的记录介质测试了挺度和不透明度。除了没有进行表面处理之外，根据实施例1制备对照的低克重的记录介质。
表3
记录介质 CD挺度 MD挺度 不透明度
对照 0.079 0.169 77.4
溶液1 0.084 0.166 78.6
溶液2 0.086 0.182 77.5
如表3中所示，溶液1的不透明度比对照有所改善，并且溶液2的MD挺度比对照有所改善。值得注意的是，不透明度的改善没有牺牲溶液1的挺度。
实施例3——低克重的记录介质
根据表4中所列的用量和组成成分制备低克重的记录介质，所述记录介质具有约65gsm定量的原纸基。硬木/软木共混物还包括1.8Kg/T的烷基烯酮二聚体(AKD)、2.7Kg/T的阳离子马铃薯淀粉(STA-LOKTM400，来自AE Staley Mfg.Co.)和43Kg/T的羟乙基淀粉(Gum 270，来自Penford Products Co.)。
表4
-HW/SW为硬木与软木的比例
如表4中所概述的原纸基的不同纸板具有以约2gsm的量施加至其的两种表面处理溶液，溶液1和溶液2。具体地，三种纸板具有溶液1，并且三种纸板具有溶液2。表5列出了用于每种溶液的组成成分和用量。
表5
成分 溶液1 溶液2
碳酸钙(g) 14 20
二氧化钛(g) 4.8 --
淀粉(15.2％固体)(g) 123.7 131.6
总的溶液和水(g) 200 200
pH 7.47 8.86
粘度(cP) 280.8 269.2
溶液中的碳酸钙％ 7 10
溶液中的二氧化钛％ 2.4 0
总固体(wt％) 20.27 20.02
实施例4——挺度和不透明度数据
如表6中所列，对实施例3的低克重的记录介质和对照的低克重的记录介质测试了挺度和不透明度。除了没有进行表面处理之外，根据实施例3制备对照的低克重的记录介质。
表6
原纸基 施胶压榨溶液 CD挺度 MD挺度 不透明度
1 无涂覆 0.201 0.091 80
1 溶液1 0.201 0.091 88.5
1 溶液2 0.201 0.091 87.8
2 无涂覆 0.197 0.118 82
2 溶液1 0.197 0.118 88.8
2 溶液2 0.197 0.118 87
3 无涂覆 0.172 0.113 83
3 溶液1 0.172 0.113 87.2
3 溶液2 0.172 0.113 85
如表6中所示，溶液1和溶液2的不透明度比对照有所改善。值得注意的是，不透明度的改善没有牺牲溶液的挺度。
虽然已经参照某些实施例描述了本公开内容，但本领域技术人员将理解的是，在不背离本公开内容的精神的情况下，可以作出各种修改、改变、省略和替换。因此，旨在仅由所附权利要求的范围来限定本公开内容。

Claims (15)

1.一种低克重的记录介质，包含：
具有65gsm或更低定量的原纸基，所述原纸基包含：
2wt％至10wt％含量的填料，所述填料包括碳酸钙；和
木纤维；和
施加至所述原纸基的表面处理溶液，所述表面处理溶液包含：
3wt％至15wt％含量的碳酸钙，和
表面施胶剂。
2.根据权利要求1所述的低克重的记录介质，所述填料还包括二氧化钛。
3.根据权利要求1所述的低克重的记录介质，其中所述表面施胶剂以0.1wt％至80wt％的含量存在于所述表面处理溶液中。
4.根据权利要求1所述的低克重的记录介质，其中所述表面施胶剂选自下组：淀粉和淀粉衍生物；羧甲基纤维素(CMC)；甲基纤维素；藻酸盐；蜡；蜡乳液；烷基烯酮二聚体(AKD)；烷基琥珀酸酐(ASA)；烯基烯酮二聚体乳液(AnKD)；ASA或AKD与阳离子淀粉的乳液；结合ASA的明矾；聚乙烯醇；明胶；丙烯酰胺聚合物；丙烯酸聚合物或共聚物；醋酸乙烯酯胶乳；聚酯；偏二氯乙烯胶乳；苯乙烯-丁二烯；丙烯腈-丁二烯共聚物；苯乙烯丙烯酸共聚物和共聚物；和它们的混合物。
5.根据权利要求1所述的低克重的记录介质，其中所述表面施胶剂为淀粉或淀粉衍生物。
6.根据权利要求1所述的低克重的记录介质，其中所述表面处理溶液包含1wt％至8wt％含量的二氧化钛。
7.根据权利要求1所述的低克重的记录介质，其中所述表面处理溶液进一步包含0.1wt％至30wt％含量的金属盐。
8.根据权利要求1所述的低克重的记录介质，其中所述低克重的记录介质具有至少0.16的MD挺度和至少78的不透明度。
9.根据权利要求1所述的低克重的记录介质，其中所述低克重的记录介质具有至少82的不透明度。
10.一种制备低克重的记录介质的方法，包括将表面处理溶液施加至原纸基上，所述原纸基包含木纤维和2wt％至10wt％的填料，所述填料包括碳酸钙，所述表面处理溶液包含表面施胶剂和3wt％至15wt％的碳酸钙，其中所述原纸基具有65gsm或更低的定量。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述填料进一步包括二氧化钛，并且所述表面施胶剂为淀粉或淀粉衍生物。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述表面处理溶液包含1wt％至8wt％含量的二氧化钛和0.1wt％至30wt％含量的金属盐。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述低克重的记录介质具有至少0.16的MD挺度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述低克重的记录介质具有至少82的不透明度。
15.一种用于喷墨印刷的系统，包括：
在喷墨墨盒储存器中装载的喷墨油墨；和
低克重的记录介质，所述低克重的记录介质包含：
2wt％至10wt％含量的填料，所述填料包括碳酸钙；和
木纤维；和
施加至所述原纸基的表面处理溶液，所述表面处理溶液包含：
3wt％至15wt％含量的碳酸钙，和
表面施胶剂。
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