CN106457865B - 用于印刷的纤维素纳米晶体涂层介质 - Google Patents

用于印刷的纤维素纳米晶体涂层介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及使用以下纤维素纳米晶体(CNC)，这些纤维素纳米晶体共混有选自聚(乙烯醇)(PVOH)、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、其他羧化的聚合物胶乳、或其他聚合物共混物的聚合物材料，并且作为薄涂料层施用在塑料膜上用于使用数字方法例如喷墨和激光印刷以及使用更常规的印刷方法如柔性版印刷和胶版印刷来印刷，涉及控制与塑料膜的油墨粘附性，以及涉及塑料膜的氧气透过率(OTR)的减小。

Description

用于印刷的纤维素纳米晶体涂层介质
发明背景
发明领域
本发明的领域涉及在聚合物膜上的图像品质和油墨粘附性的改善，特别地使用水基印刷油墨。
现有技术说明
数字印刷-特别是喷墨和激光印刷-是印刷市场中最快增长的领域。虽然常规印刷方法如胶版印刷、轮转凹版印刷和柔性版印刷目前以每年(最多)1％的速率增长，但数字印刷以每年大于7％的速率增长。
数字印刷超过“常规”印刷方法的优点包括：
1.比传统印刷方法更经济地生产高品质但低体积的产品的能力。
2.通过“可变数据印刷”(VDP)生产个性化产品的能力。如果希望的话，使用VDP，在一个印刷量中的每一项可以改变以适合每个客户。
在塑料膜和金属或金属化箔上的印刷是印刷和包装市场的关键部分。这些产品用作包装、户外显示屏、或用作个人化信息携带卡(驾驶执照、信用卡、借记卡等)。
塑料膜工业是巨大的，包括许多最终用途(包装、显示、层压物和其他)。根据由美国人口调查局(U.S.Census Bureau)发布的2007年经济普查(2007 Economic Census)，塑胶袋和塑料袋工业(2007NAICS代码326111)消耗了超过30亿美元(US) 的原材料。类似数量的原材料被其他领域的塑料膜使用(2007NAICS代码326112) 消耗。据保守估计原材料为2美元/千克，这表明仅仅在美国至少几百万吨原料塑料被塑料膜和片材行业使用。
用水基柔性油墨在光滑、不可渗透材料如聚合物膜上印刷存在挑战。特别地，在打印机上增加的环境压力将迫使更多地使用水基油墨。然而，用水基油墨印刷呈现出在非多孔并且通常拒水的聚合物上的严重的问题。水基油墨将在这些表面上转印并且不均匀地扩散。此外，油墨对这些表面的粘附性通常是差的。出于这个原因，在印刷和转换之前，用高压电晕对聚合物表面进行预处理是常见的。然而，数字印刷品质- 特别是水基喷墨印刷品质-在电晕处理的聚合物膜上是差的。
现有技术包含纳米原纤化纤维素(NFC)作为常规纸张涂料的组分的若干实例。例如，Hamada和Bousfield用不同量的NFC涂覆纸，接着用水基柔性油墨、并用水基喷墨油墨(均是染料基的并且有颜色的)印刷。有颜色油墨的视觉品质大大改进。在相关研究中，Hamada等人，组合制备了较重的涂料，其中NFC充当或者涂料颜料 (在涂料中NFC占多数)，或充当涂料粘合剂(占多数的粘土与少量的NFC共混)。 NFC在粘土涂料中作为粘合剂确实极大地改进了油墨保持性，但是NFC相比便宜的多的聚(乙烯醇)粘合剂没有优点。
Zou还表明可以通过喷墨印刷来印刷固体CNC膜(厚度为约100μm)，并且给出对于特殊二氧化硅涂覆的喷墨纸优异的印刷品质。
现有技术确实包括在专门用于高射投影仪的塑料投影片的喷墨印刷的涂料的窄领域中的许多专利实例。总体上，在此类专利中描述的涂料取决于有时结合有少量填充剂的亲水聚合物。然而，没有发现覆盖印刷包含涂覆在聚合物基底上的纤维素纳米晶体的膜涂料的主题的出版物或专利。
现有技术包括许多专利实例，其中可溶性纤维素衍生物如甲基纤维素、羟丙基纤维素以及其他被用作涂料的成膜聚合物。最近的专利描述了向这些涂料中添加“低聚果糖纤维”(即可溶性纤维素膳食纤维材料，如菊粉)，可能作为增强剂。
用于食品的塑料包装材料要求对水蒸汽和氧气二者的渗透的耐受性。现有技术中众所周知的是聚合物如聚乙烯和聚丙烯提供抵抗水蒸汽的良好保护，但抵抗氧气的差保护。相反，还众所周知的是，纤维素膜提供抵抗氧气的良好保护，但抵抗水蒸汽的差保护。
发明概述
本概念披露的目的是提供一种用于数字印刷，特别是通过喷墨和激光印刷，以及用于柔性印刷(柔印)以及还有其他印刷工艺的改进的记录介质。这借助于将共混有聚(乙烯醇)(PVOH)或其他聚合物材料的纤维素纳米晶体(CNC)的薄涂层施用到聚合物膜上，以帮助捕获油墨，从而防止油墨在聚合物膜表面上扩散和渗色并且改进油墨粘附性。CNC的亲水性质和CNC膜的高表面积和小孔隙产生了基底层以提供快速的油墨固化同时将油墨染料或颜料保留在表面上。油墨/碳粉和CNC对聚合物薄膜的受控粘附性是通过将聚乙烯醇(PVOH)、乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EAA)或羧化的胶乳与CNC共混，并且通过在用CNC涂覆之前用电晕放电预处理该聚合物膜来实现的。特别地，在水的存在下油墨膜的粘附性是通过用乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EAA) 或羧化的胶乳代替共混物中的PVOH来实现的。较高比率的CNC与EAA给出较快的油墨干燥，但较差的油墨湿摩擦耐受性。较低比率的CNC与EAA给出较慢的油墨干燥，但更好的油墨湿摩擦耐受性。因此，油墨干燥速率相对于湿摩擦耐受性可以根据客户需要通过改变涂料中CNC与EAA的比率来平衡。CNC/聚合物共混物的薄涂层在降低通过塑料膜的氧气透过率(OTR)中也是有效的。尽管在本工作中描述的涂层是手工施用的，这些材料是与工业涂层设备完全相容的。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于数字印刷的聚合物记录介质，在该介质上至少一层涂料，该涂料包含纤维素纳米晶体(CNC)，和与CNC相容的聚合物材料。
根据本发明的另一个方面，提供了在此描述的记录介质，其中该聚合物材料是选自聚乙烯醇、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚物、乙烯丙烯酸(EAA)共聚物、羧化的胶乳及其组合。
根据本发明的另一个方面，提供了在此描述的记录介质，其中该涂料具有的聚合物材料(PM)与CNC的重量比是从0.1％至95.0％PM/CNC。
根据本发明的另一个方面，提供了在此描述的记录介质，其中该涂料具有的聚合物材料(PM)与CNC的重量比是从20％至80％PM/CNC。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于聚合物记录介质的涂料组合物，该涂料包含纤维素纳米晶体(CNC)，和与CNC相容的聚合物材料。
根据本发明的另一个方面，提供了在此描述的组合物，其中该聚合物材料是选自聚乙烯醇、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚物、乙烯丙烯酸(EAA)共聚物、羧化的胶乳及其组合。
根据本发明的另一个方面，提供了在此描述的组合物，其中该涂料具有的聚合物材料(PM)与CNC的重量比是从0.1％至95.0％PM/CNC。
根据本发明的另一个方面，提供了在此描述的组合物，其中该涂料具有的聚合物材料(PM)与CNC的重量比是从20％至80％PM/CNC。
根据本发明的另一个方面，提供了一种生产用于数字印刷的聚合物记录介质的方法，该方法包括制备包含纤维素纳米晶体(CNC)和与CNC相容的聚合物材料的水性悬浮液，提供该记录介质；在电晕放电中处理该介质；制备纤维素纳米晶体(CNC) 和与CNC相容的聚合物材料的悬浮液，并将至少一层悬浮液施用到该介质上。
根据本发明的另一个方面，提供了在此描述的方法，其中该聚合物材料是选自聚乙烯醇、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚物、乙烯丙烯酸(EAA)共聚物、羧化的胶乳及其组合。
根据本发明的另一个方面，提供了在此描述的记录介质，其中该涂料具有的聚合物材料(PM)与CNC的重量比是从0.1％至95.0％PM/CNC。
根据本发明的另一个方面，提供了在此描述的方法，其中该涂料具有的聚合物材料(PM)与CNC的重量比是从20％至80％PM/CNC。
根据本发明的另一个方面，提供了在此描述的方法，其中该电晕放电是在从5至25W min/m2的范围内。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例，在塑料膜上的薄CNC涂层的基本概念的示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例，在所使用的英斯特朗(Instron)装置上的油墨剥离测量的测试装置；
图3示出了根据本发明的一个实施例，在IGT F1实验室柔性版印刷机上的油墨干燥(油墨粘脏(setoff))测试的测试装置；其中将油墨施用到CNC涂覆的塑料膜上，接着将剩余的湿油墨转移至参比纸；
图4A示出了在未处理的PET膜上的非常差的视觉品质的喷墨测试图案；
图4B示出了根据本发明的一个实施例，在涂覆有CNC与PVOH的共混物的PET 膜上的相同测试图案的优异的视觉品质；
图5A示出了现有技术的在未处理的PET膜上的喷墨印刷；
图5B示出了根据本发明的一个实施例，使用喷墨打印机A印刷的在涂覆有CNC 与PVOH的共混物的PET膜上的喷墨印刷，显示了液体喷墨油墨到CNC涂层上的渗色(原始图像的颜色)的减少；
图6A示出了现有技术的在未处理的PET膜上的印刷；
图6B示出了根据本发明的一个实施例，使用喷墨打印机B印刷的在涂覆有CNC 与PVOH的共混物的PET膜上的印刷，显示了液体喷墨油墨到CNC涂层上的渗色(原始图像的颜色)的减少；
图7A示出了在现有技术的未处理的PET膜上，用专门针对塑料膜配制的水基油墨制成的柔性版印刷物。这些图像是在测试干摩擦耐受性之前(左侧)和之后(右侧) 拍摄的，如与图7A对比；
图7B示出了根据本发明的一个实施例，用专门针对涂覆有CNC与PVOH的共混物的PET膜上的塑料膜配制的水基油墨制成的柔性版印刷物，显示了水基柔性版印刷密度的改进和在CNC涂层上的油墨擦除的减小，其中印刷密度(黑度)和摩擦耐受性的优越性二者都是清楚明显的；
图8示出了柔性油墨的湿摩擦耐受性可以通过改变CNC与EAA聚合物的比率来控制，其中对于涂层中较高量的CNC(左)，由湿摩擦试验去除的油墨的量是最小的，并且由湿摩擦试验去除的油墨的量随着膜中CNC含量的减少而增加；
图9示出了随着涂层中CNC的量的增加，水基柔性油墨固化(作为油墨粘脏测量的)的改进，其中水基柔性油墨的固化在对照聚合物膜上和在纯EAA的涂层(左) 上是差的，涂层中较高的CNC含量给出较快的油墨固化(图像中从左至右)；
图10A示出了在现有技术的未处理的PET膜上用常规水基柔性包装油墨印刷的75％标称覆盖率的半色调点图案；
图10B显示了根据本发明的一个实施例，在涂覆有CNC与PVOH的共混物的 PET膜上用常规水基柔性包装油墨印刷的75％标称覆盖率的半色调点图案的优异图像品质，显示了当在薄CNC涂层上用水基柔性油墨印刷时半色调点品质的改进。
发明详细说明
本发明旨在改进印刷品质和印刷油墨以及数字油墨对塑料膜的粘附性。印刷品质是根据改进的颜色再现、更大的印刷密度(即“更黑”的黑色印刷)、更均匀的印刷区域、更好的线条和印刷字符的清晰度(更少的粗糙度)、和改进的油墨粘附性来定义的。用于数字印刷的包括在柔性塑料膜2上的CNC的薄涂层1的聚合物记录介质 100的基本概念在图1中示出。
如已经所述，数字印刷方法是当今发展最快的方法。然而，尽管传统的“常规”印刷方法如胶版印刷、轮转凹版印刷(凹版印刷)、以及柔印增长非常缓慢(如果有的话)，它们仍然主导出版和包装印刷二者。
一般来说，柔印是低/中等品质包装印刷选择的方法，胶版印刷是中/高品质包装印刷的方法，并且凹版印刷是高品质包装印刷选择的方法，特别是当需要大量生产时。由于水基轮转凹版印刷油墨是化学上类似于水基柔印油墨，我们将仅使用水基柔印油墨作为这类水基印刷油墨的实例。
使用水基喷墨油墨的问题通常包括
·由于油墨扩展超过其标称尺寸和位置(称为“线扩展”)的线条和印刷字符的分辨率差。
·颜色到颜色的渗色，其中一种湿油墨颜色“渗色”或混合至另一种紧密接近印刷的湿油墨中(称为“渗色”)
·差的油墨粘附性
基于三种不同类型的聚合物膜，对本发明进行了评价。选择这三种聚合物是因为它们覆盖宽范围成本和(对于本发明重要的)宽范围的表面自由能二者。材料的表面自由能是其被水和其他流体润湿的能力的量度。较高的表面自由能更容易被水润湿。其实例是干净的玻璃表面。较低的表面自由能更难以被水润湿。其实例是蜡纸或其他拒水材料。
这三种聚合物及其表面自由能是：
·PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，以许多商品名销售，例如MylarTM-约45 mN/m的表面自由能
·聚苯乙烯-约41mN/m的表面自由能
·聚乙烯-约35mN/m的表面自由能
水基油墨具有比溶剂基油墨更便宜且更环保的优点。虽然在纸基包装上水基柔印油墨已经代替了溶剂基油墨，但溶剂基油墨在塑料薄膜的印刷中仍然是重要的。原因是对于许多应用，水基油墨在塑料膜上不能与溶剂基油墨的印刷品质或干燥速率相比，特别是对于多色加工印刷。
塑料膜(具有和不具有薄CNC涂层)是用专门配制用于在塑料膜上使用的水基和溶剂基黑色柔印油墨印刷的。
塑料膜(具有和不具有薄CNC涂层)是在由不同设备制造商制成的台式打印机上用水基喷墨油墨印刷的。
印刷密度或印刷光学密度是油墨膜的暗度的量度。对于黑色油墨膜，更高的印刷密度表示“更黑”的膜。对于商业印刷，取决于具体印刷工作的要求，至少1.2和高达1.7的印刷密度是所希望的。印刷油墨膜还必须耐去除，例如通过摩擦、通过剥离和通过其他行为去除。
印刷品质根据黑色油墨的光学印刷密度来确定。
印刷油墨膜对摩擦的耐受性是使用由密歇根州卡拉马祖市布朗公司(BrownCompany，Kalamazoo，MI)制造的Sutherland油墨摩擦试验机，美国专利2,734,375，加拿大专利532,864，测量的。
在水的存在下印刷油墨膜对摩擦的耐受性(“湿摩擦耐受性”)，是在将0.07mL 水添加到印刷品的表面之后如以上测量的。
印刷油墨膜对剥离的耐受性(即，由垂直于印刷表面的力去除油墨)是通过Skowronski和Bichard描述的技术，使用Instron 5867测试仪测定的。剥离测试测量示意图的基本说明在图2中呈现。
新印刷的柔印油墨的干燥是作为湿油墨膜到参比纸上的粘脏测量的。粘脏测试200的示意图在图3中示出，其中将油墨施用到CNC涂覆的塑料膜上，接着将剩余的湿油墨转移至参比纸。油墨粘脏到参比纸上的量越大，油墨干燥越慢。
该粘脏包括将油墨直接印刷到CNC涂覆的膜上的雕刻网纹辊10。在位置20处， CNC涂覆的塑料膜接收油墨，并且湿油墨可以保留在该CNC涂覆的塑料膜上。当辊 10旋转时，它将该剩余的湿油墨从CNC涂层转移到参比纸，作为在位置30处的油墨干燥的量度。在优选的实施例中，粘脏测试200设备还包括电晕放电40，其在该雕刻网纹辊10附近，在这里可以处理CNC塑料膜。
氧气气体穿过涂覆的和未涂覆的塑料膜的透过率是在由美国明尼苏达州明尼波利斯市膜康公司(Mocon Inc.,Minneapolis,MN,USA)制造的OpTech O2Platinum仪器上测量的。测量是在23℃的温度和50％的相对湿度下进行的。
制备CNC基涂料的典型程序
典型地，人们从约4％(按重量计)的CNC的水性原料悬浮液开始。滴加浓缩的 (按重量计约30％)聚(乙烯醇)溶液直至达到(按重量计)9份的CNC和(按重量计) 1份的PVOH的最终比例。加入硫酸钠以达到0.005摩尔Na2SO4的浓度。然后将混合物分散持续若干小时直至均匀。少量硫酸钠的加入对于粘度控制是有用的，但不是本发明的必要部分。
使用呈其酸性形式(约2.5的悬浮液pH)和其中和形式(约6.5的pH)二者的 CNC。除非另有说明，在本文件中，是指中和形式。
将CNC的薄涂层施用到聚合物膜表面上的典型程序
在涂覆之前立即将一片PET或其他聚合物膜在商业电晕放电下处理，典型地(但不排他地)在5至25W·min/m2的范围内。在本文件中，“电晕”、“电晕处理”或“电晕功率”始终理解为以W·min/m2为单位给出。
将电晕处理的聚合物片材立即贴在均匀的玻璃片上。使用适合于给出约3g/m2的干涂层重量的下拉“鸟”(drawdown“bird”)或刀片将CNC/PVOH混合物分布在 MylarTM膜上。
制备CNC涂料，这些涂料包含按PVOH在涂料中的重量计0.1％至95％的比率的PVOH。还制备了CNC涂料，其比率为按重量计20份的CNC和80份的乙烯丙烯酸共聚物或80份的胶乳聚合物；其比率为按重量计20份的CNC与40份的乙烯丙烯酸共聚物和40份的PVOH；以及其比率为按重量计20份的CNC与40份的胶乳聚合物和40份的PVOH。
实例：
实例1-借助于CNC的薄涂层改进的喷墨印刷品质。
将含有按重量计90％的CNC和按重量计10％的聚(乙烯醇)(PVOH)的涂料施用到一片PET膜上。图4A示出了当将喷墨测试图像印刷在未处理的PET膜上时图像品质非常差。特别地，在未涂覆的PET表面上，线条已经扩展到不可接受的程度，并且文本分辨率极差。图4B示出了当通过喷墨将相同的测试图像印刷在涂覆有CNC 薄膜的PET膜上时图像品质的大的改进。
图5和图6示出了在施用薄CNC涂层之后多色喷墨印刷中油墨渗色的量的减少。确切地，图5A示出了未处理的PET膜的水基喷墨印刷的差的品质。图5B示出了在涂覆有CNC和PVOH的PET膜上的同一喷墨打印机的非常优异的印刷品质。类似地，图6A示出了通过第二类型的喷墨打印机在未处理的PET上的印刷，这也导致差的品质。图6B示出了当使用涂覆有CNC和PVOH的PET膜时第二喷墨打印机的显著改进。我们注意到，原始图像是多色的，并且在本文档中已经转换为单色图像。因此，来自不同制造商的喷墨打印机在普通未处理的塑料膜上产生不同-且仍然差的-图像品质，但是在所有情况下，用在CNC薄涂层上印刷中使用的所有打印机中，图像品质大大改进。
实例2-借助于薄CNC涂层在PET膜上的喷墨线条品质的改进。
将标称0.4mm厚度的垂直和水平线条印刷在商业喷墨透明膜上、纯PET膜上、以及在印刷之前立即已经用10的电晕功率处理的纯PET膜上。还将相同的线条印刷在电晕处理后立即由CNC/PVOH的混合物涂覆的PET上。
在图4、图5和图6中已经提供了视觉实例。
如表1所示，商业喷墨透明膜上的线条宽度接近0.4mm的标称宽度，并且线条的粗糙度最小。在对照未处理的PET膜上的线条宽度为标称值的近三倍，并且线条粗糙度是严重的。相比之下，已经接收CNC/PVOH的薄涂层的PET膜上的线条宽度全部都接近标称值，并且线条粗糙度最小。我们注意到线条加宽的程度可以取决于所使用的喷墨油墨的化学性质。
实例3：借助于CNC的薄涂层在PET片材上喷墨印刷中颜色到颜色的渗色的减少。
与单独的未处理的PET相比，在PET片材上的CNC/PVOH的薄涂层上，不希望的颜色到颜色的渗色的程度大大减少，如表2中定量所示的。视觉实例已经在图5和图6中呈现。
实例4：借助于CNC的薄涂层在聚乙烯和聚苯乙烯片材上喷墨印刷中颜色到颜色的渗色的减少。
如表3中所示，在聚乙烯和聚苯乙烯膜上的喷墨印刷中不希望的颜色到颜色的渗色由于CNC的薄涂层的存在而大大减少。在图5和图6中已经提供了视觉实例。与钠CNC相比，在由酸性CNC制备的涂层上的改进稍微更好。
实例5-通过干摩擦去除的喷墨油墨的量的减少。
通过在喷墨印刷上的摩擦行为的油墨去除取决于塑料的类型，取决于在用CNC 涂覆之前的塑料的电晕预处理的水平，以及取决于在CNC混合物中PVOH的量。
对于所有三种塑料膜(PET、聚乙烯和聚苯乙烯)，通过干摩擦去除的油墨的最低量是在用CNC共混物中按重量计20％的PVOH涂覆之前由25瓦特功率的电晕预处理实现的。我们在表4中注意到，在聚乙烯膜上，单独的电晕预处理给出一定量的摩擦耐受性，但没有CNC涂层的优异印刷品质。
实例6-使用CNC涂层增加的油墨剥离强度。
油墨剥离强度(即通过垂直于印刷表面的力去除油墨)由于CNC的薄涂层的存在而大大增加。如表5中所示，在未改性的PET塑料上的喷墨油墨剥离强度是差的。在CNC涂层中少量(按重量计0.3％)的PVOH稍微增加剥离强度。按重量计大于 2.5％或更高的PVOH含量将剥离强度增加到最大值，超过该值对于额外的PVOH添加没有统计上显著的益处。
实例7：在单色激光静电印刷中改进的线条品质。
如表6中所示，与未涂覆的PET膜相比，用CNC膜的薄涂层改进了PET膜的激光静电印刷中的线条品质。
实例8-借助于CNC的薄涂层改进的柔性版印刷品质。
图7示出了图像品质的改进和通过干摩擦的油墨去除的减少。图7A示出了在干摩擦试验之前和之后，用配制用于塑料的水基油墨印刷的未处理的PET膜。我们注意到，初始图像7A在摩擦试验之前较不暗(较低印刷密度)和较不均匀(较多斑点)，并且在摩擦试验之后，图像7A显示出严重的磨损/油墨去除。图7B示出了涂覆有 CNC/PVOH的PET膜。我们注意到，在摩擦试验之前在涂覆的PET膜上的初始图像 7B暗得多并且更均匀，并且在图像7B中存在很少迹象的由干摩擦试验引起的损坏。表7清楚地阐明了印刷到在塑料膜上的薄CNC涂层上的黑色柔印油墨的增加的印刷密度。
实例9：通过CNC的薄涂层改进柔印印刷密度
在PET、聚乙烯和聚苯乙烯膜上的CNC的薄涂层是用专门配制用于在塑料膜上使用的水基和溶剂基柔性油墨印刷的。印刷的油墨膜的光学印刷密度(黑度)是印刷品质的常用量度，并且是打印机需要满足的常用品质目标。表7示出了在没有CNC 涂层的普通塑料膜上，水基油墨的光学印刷密度劣于用溶剂基油墨获得的光学印刷密度。表7还表明，在塑料表面上具有薄CNC涂层，印刷密度得以大大改进并且等于用溶剂基油墨获得的印刷密度。我们进一步注意到，不仅水基油墨比溶剂基油墨更环保，而且水基油墨更便宜，提供了对于打印机的另一个潜在益处。
实例10-在CNC/PVOH共混物中较低浓度的CNC
改进的干粘附性和改进的印刷品的印刷品质用少至20份CNC与80份的PVOH 的比例得以保持。取决于油墨化学性质，其他比例可以是最佳的。
实例11-CNC的酸性形式相对于中性形式的影响
如表8中所示，CNC的酸性形式比中性形式赋予印刷的油墨膜更好的摩擦耐受性。油墨本身是碱性的，并且已知的是酸性基底可以更容易地固化或固定碱性油墨。
实例12-如在标准干摩擦试验中测量的柔性油墨的干粘附性由CNC薄膜的存在得以大大改进
在PET、聚乙烯和聚苯乙烯膜上的CNC的薄涂层是用专门配制用于在塑料膜上使用的水基和溶剂基柔性油墨印刷的。印刷的样品在标准干油墨摩擦试验中摩擦。表 9中的结果表明，在没有CNC涂层的普通塑料膜上，非常大百分比的油墨被去除。然而，当油墨被印刷到CNC的薄涂层上而不是到塑料表面上时，对通过摩擦去除油墨的耐受性被大大地改进。这种干油墨摩擦的减少也已经在图7中示出。
实例13-使用胶乳聚合物以改进印刷的油墨膜的湿摩擦耐受性
如表10中所示，20份CNC和80份PVOH的膜的湿摩擦耐受性是差的。在这个实例中，用80份的乙烯丙烯酸共聚物代替80份的PVOH或用80份的苯乙烯-丙烯腈胶乳代替80份PVOH保持了印刷密度改进和干摩擦耐受性，但同时给出了极大改进的湿摩擦耐受性。
实例14-柔性油墨的湿摩擦耐受性可以通过改变CNC与EAA聚合物的比率来控制的说明。
图8示出了随涂料中CNC与EAA的比例变化的湿摩擦耐受性的图像。图8示出了湿摩擦耐受性可以通过改变涂料中CNC与EAA的比率来控制。这在表11中定量地示出。
实例15-涂料层中具有增加的CNC含量的水基柔性油墨的更快干燥的说明。
图9示出了随着涂料层中CNC含量的增加而改进的油墨干燥速率的图像。对于对照未涂覆的聚合物膜并且对于纯EAA聚合物和20％CNC/80％EAA的共混物的涂层，油墨干燥是非常缓慢的(高油墨粘脏)。油墨干燥在80％CNC/20％EAA下改进。这在表12中定量地示出。
实例16-借助于CNC的薄涂层的改进的柔性版半色调点印刷品质的说明
图10示出了印刷在PET膜上的半色调点的改进的印刷品质。印刷的区域是标称75％半色调点区域；即，是指被油墨75％覆盖、并且25％未印刷的区域。我们在图 10A中看到，在未处理的PET膜上的点很差地形成。在图10B中，我们看到当印刷在PET膜上的薄CNC涂层上时，各个点是尖锐的并且良好分辨的。
实例17-使用CNC的薄涂层的氧气透过(OTR)率的减小。
CNC加EAA的薄涂层减小了聚乙烯膜的氧气透过率(OTR)。这些益处主要来源于薄涂层中的CNC含量。如表13中所示，聚乙烯膜的OTR由含有20％CNC和 80％EAA的薄层稍微减小。OTR由含有80％CNC和20％EAA的涂层大大减少。还如表13中所示，与含有20％CNC的涂层或与未处理的聚合物膜相比，在涂层中具有 80％CNC的归一化OTR远远更低。
参考文献：
http://www.census.gov/，2011年4月27日访问。
Hamada,H.和Bousfield,D.W.，纳米原纤化的纤维素作为涂层剂以改进合成纤维片材上的印刷品质(Nano-fibrillated cellulose as a coating agent to improveprint quality on synthetic fiber sheet)，第11届美国纸浆与造纸工业技术协会高级涂料基础研讨会 (11th TAPPI Advanced Coating Fundamentals Symposium)，慕尼黑，2010年10月。
Hamada,H.、Beckvermit,J.、和Bousfield,D.W.，具有精细粘土的纳米原纤化的纤维素作为涂层剂以改进印刷品质(Nanofibrillated Cellulose with Fine Clay as aCoating Agent to Improve Print Quality)，在2010年美国纸业展览会暨纸工业研讨会(Papercon 2010)上发表的论文，Tappi出版社，亚特兰大，2010。
Zou,X.纳米晶体纤维素的生产及其在特种纸中的潜在应用(Production ofnanocrystalline cellulose and its potential applications in specialtypapers)，在2010年特种纸张会议(Specialty Papers 2010)上发表，芝加哥，2010年11月10日–11日。PIRA，莱瑟黑德(Leatherhead)，UK。
Burwasser,H.，油墨喷射记录透明度(Ink jet recording transparency)，美国专利 4,474,850，1984年10月2日，转让给Transcopy公司(Transcopy Inc.)。
Bedell,S.F.和Viola,M.S.，油墨喷射透明度(Ink jet transparency)，美国专利4,547,405，1985年10月15日；转让给宝丽来公司(Polaroid Corporation)。
Light,W.A.，油墨喷射透明度，美国专利5,126,194，1992年6月30日，转让给伊士曼柯达公司(Eastman Kodak Co.)。
Schad,B.和Van Ness,E.，食品级干膜涂料组合物及其制备和使用方法(Foodgrade dry film coating composition and methods of making and using the same)，世界知识产权组织(World Intellectual Property Organization)WO 2011/112618，2011年9月15日，转让给Sensient Colors公司(Sensient Colors Inc.)。
http://www.surface-tension.de/solid-surface-energy.htm；2011年9月28日访问。
http://www.rubtester.com/index.html，2011年11月4日访问。
Skowronski,J.和Bichard,W.，纸张中的纤维至纤维粘合(Fiber-to-Fiber Bondsin Paper)。(1).粘合强度和比粘合强度的测量(Measurement of Bond Strength andSpecific Bond Strength)，纸浆与造纸科学杂志(J.Pulp Paper Sci.)13：J165(1987)。
Aspler,J.S.，对于水基柔版印刷的新闻用纸要求，第III部分：新闻用纸特性对柔印油墨保持力的影响(Newsprint requirements for water-based flexography,PartIII: Influence of newsprint properties on flexo ink holdout)，纸浆与造纸科学杂志14：J66 (1988)。

Claims (10)

1.一种用于数字印刷的聚合物记录介质，
在该介质上至少一层涂料，该涂料包含
纤维素纳米晶体(CNC)，和
与CNC相容的聚合物材料，
其中该涂料具有的聚合物材料与CNC的重量比是从20％至80％。
2.根据权利要求1所述的记录介质，其中该聚合物材料是选自聚乙烯醇、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚物、乙烯丙烯酸(EAA)共聚物、羧化的胶乳及其组合。
3.根据权利要求1或2所述的记录介质，其中该聚合物材料与CNC的重量比是从20％至25％。
4.一种用于聚合物记录介质的涂料组合物，该涂料包含
纤维素纳米晶体(CNC)，和
与CNC相容的聚合物材料，
其中该涂料具有的聚合物材料与CNC的重量比是从20％至80％。
5.根据权利要求4所述的组合物，其中该聚合物材料是选自聚乙烯醇、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚物、乙烯丙烯酸(EAA)共聚物、羧化的胶乳及其组合。
6.根据权利要求4或5所述的组合物，其中该聚合物材料与CNC的重量比是从20％至25％。
7.一种生产用于数字印刷的聚合物记录介质的方法，该方法包括：
制备包含纤维素纳米晶体(CNC)，和与CNC相容的聚合物材料的水性悬浮液；
提供该记录介质；
在电晕放电中处理该介质；并且
将至少一层该悬浮液施用到该介质上，
其中至少一层该悬浮液具有的聚合物材料与CNC的重量比是从20％至80％。
8.根据权利要求7所述的方法，其中该聚合物材料是选自聚乙烯醇、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚物、乙烯丙烯酸(EAA)共聚物、羧化的胶乳及其组合。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中该聚合物材料与CNC的重量比是从20％至25％。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其中该电晕放电是在从5至25W min/m2的范围内。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112018073594B1 (pt) * 2016-05-16 2023-05-16 Melodea Ltd Método para modificar a taxa de transmissão de oxigênio (otr) de um filme ou revestimento sólido
US11174404B2 (en) * 2017-09-07 2021-11-16 Purdue Research Foundation Continuous roll-to-roll fabrication of cellulose nanocrystal (CNC) coatings
CN108999025A (zh) * 2018-09-10 2018-12-14 江苏天泽教育咨询有限公司 一种高光泽防水彩色喷墨打印纸涂料
CN111944065B (zh) * 2019-05-14 2022-04-19 中国科学技术大学 一种生物质板材及其制备方法
CN110714360A (zh) * 2019-10-24 2020-01-21 齐鲁工业大学 一种用于白图纸的涂料及其制备方法
CN110747690B (zh) * 2019-10-29 2021-10-22 浙江科技学院 一种提升纸张印刷质量的纳米微晶纤维素涂料及制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102449052A (zh) * 2009-05-01 2012-05-09 Fp创新研究中心 柔性虹彩纳米晶体纤维素膜及其制备方法
CN102782062A (zh) * 2009-12-21 2012-11-14 Fp创新研究中心 含有纳米晶体纤维素的涂料、其制备方法和用途

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA532864A (en) 1956-11-06 T. Burbank Wendell Apparatus for testing abrasion resistance of printed surfaces
US2734375A (en) 1956-02-14 Apparatus for testing abrasion resistance
US4474850A (en) 1983-11-02 1984-10-02 Transcopy, Inc. Ink jet recording transparency
US4547405A (en) 1984-12-13 1985-10-15 Polaroid Corporation Ink jet transparency
US5126194A (en) 1990-12-03 1992-06-30 Eastman Kodak Company Ink jet transparency
WO2011112618A1 (en) 2010-03-08 2011-09-15 Sensient Colors Inc. Food grade dry film coating composition and methods of making and using the same
US8470415B2 (en) * 2010-07-12 2013-06-25 Carestream Health, Inc. Transparent ink-jet recording film
FI123459B (fi) * 2011-05-05 2013-05-15 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Menetelmä kohteen pinnan muokkaamiseksi
FI123630B (fi) 2011-10-24 2013-08-30 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Menetelmä NFC-kalvojen valmistamiseksi alustoille
EP2861429B1 (de) * 2012-06-15 2016-06-08 Schoeller Technocell GmbH & Co. KG Empfangsschicht für digitale druckverfahren mit nanofibrillierter cellulose
BR112015006159A2 (pt) * 2012-09-24 2017-07-04 Paper And Fibre Res Institute composição de revestimento de nanocelulose, seus usos e método para sua fabricação

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102449052A (zh) * 2009-05-01 2012-05-09 Fp创新研究中心 柔性虹彩纳米晶体纤维素膜及其制备方法
CN102782062A (zh) * 2009-12-21 2012-11-14 Fp创新研究中心 含有纳米晶体纤维素的涂料、其制备方法和用途

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