CN106573487B - 印刷基底 - Google Patents
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Abstract
一种印刷基底,其包含具有超过5%的细小纤维的来自木质资源的纤维,所述细小纤维具有小于0.1毫米的平均长度;超过大约10重量%的至少一种聚合物质;和0.1重量%至40重量%的平均粒度为0.1至2.0微米(m)的颗粒状无机物质。本文中还公开了制造此类印刷基底的方法和使用所述印刷基底产生印刷图像的方法。
Description
发明背景
喷墨印刷技术因其产生经济、优质、多色印刷品的能力而在家庭和办公用途之外还将其应用扩展到高速商业和工业印刷。这种技术是一种无压(non-impact)印刷方法,其中电子信号控制和引导墨滴或墨流,其可沉积在多种多样的介质(medium)基底上。喷墨印刷技术已在不同基底(包括例如纤维素纸、金属、塑料、织物等)上发现各种应用。基底对印刷图像的总体图像质量和持久性起到关键作用。
大幅面印刷介质变得越来越流行并可用于许多应用,如墙布、条幅和许多类型的标识,它们可以经印刷以产生具有一个或多个符号、文本和照片的图像。当在这样的基底上印刷时,由于它们的特殊性质而存在挑战。通常要考虑印刷在其上的图像的耐久性。因此,继续研究开发可有效用于大幅面印刷(其可使用例如墙布基底)并可提供良好的图像质量、良好的机械抗性和其它突出性能的介质基底。
附图概述
附图图解了本发明适印介质的各种实施方案并且是说明书的一部分。图1和2是根据本公开的实施方案的适印介质的横截面视图。
发明详述
本公开涉及印刷基底,其包含具有超过5%的细小纤维的来自木质资源的纤维,所述细小纤维具有小于0.1毫米的平均长度;超过大约10重量%的至少一种聚合物质;和0.1重量%至40重量%的平均粒度为0.1至2.0微米的颗粒状无机物质。本公开还涉及制造此类印刷基底的方法,并涉及使用所述印刷基底产生印刷图像的方法。
在公开和描述本公开的特定实施方案之前,要理解的是,本公开不限于本文中公开的特定工艺和材料。还要理解的是,本文中所用的术语仅用于描述特定实施方案并且无意构成限制,因为保护范围由权利要求及其等同物界定。在描述和要求保护本发明的制品和方法时,使用下列术语:除非上下文清楚地另行指明,单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数对象。浓度、量和其它数值数据在本文中可能以范围格式呈现。要理解的是,这样的范围格式仅为方便和简要起见而使用,并应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值,还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围,就如同明确列举各数值和子范围那样。例如,大约1重量%至大约20重量%的重量范围应被解释为不仅包括1重量%至20重量%的明确列举的浓度界限,还包括独立的浓度,如2重量%、3重量%、4重量%和子范围,如5重量%至15重量%、10重量%至20重量%等。除非另行指明,所有百分比按重量计(重量%)。本文中所用的“图像”是指用可见或不可见墨水组合物沉积在材料或基底上的标志、标识、符号、图形、指示和/或外观。图像的实例可包括字符、单词、数字、字母数字符号、标点、文本、线条、下划线、高光等。
在一些实例中,所述印刷基底或适印介质是可以直接在印刷机上使用和可以在其上印刷的介质(media),因此意味着本文中描述的印刷基底可以用作印刷介质。该印刷基底可以是可喷墨印刷介质。该基底由此可以特别设计以接收任何可喷墨印刷墨水,例如有机溶剂基喷墨墨水或水基喷墨墨水。可以沉积、构建或以其它方式印刷在适印基底上的喷墨墨水的实例包括颜料基喷墨墨水、染料基喷墨墨水、着色胶乳基喷墨墨水和可UV固化的喷墨墨水。
在一些其它实例中,该印刷基底可以被视为适印介质的基底,因此意味着例如称为“图像接收层”或“墨水接收涂层”的一层或多个涂层可以施加到该基底的表面上以产生适印介质。词语“支承”在本文中是指其中可以在该基底的至少一面(即图像面)上经由沉积在基底表面上的图像接收层来形成印刷图像的基底。词语“支承”还指的是承载具有任何所需几何和尺寸的图像的具有优异的耐久性或机械强度的基底的实体物件(physicalobjective)。此外,当用作印刷基底时,可能在该基底的顶上施加其它功能涂层,如机械耐久性增强层、光泽控制层和耐火控制层。此外,该印刷基底可以制成纹理表面。这样的表面可以由机械方法如压花和化学方法如酸洗来制造。
在一些实例中,该印刷基底是复合印刷基底(或复合支承基底或复合结构)。词语“复合材料”在本文中是指由至少两种具有彼此不同的物理和/或化学性质的组成材料或层制成的材料,且其中这些组成材料/层在分子水平下保持分开并在该复合材料的结构内分立。该印刷基底实际上包括在复合结构内部构成多个畴的分散相。在一些实例中,该印刷基底包括含有来自木质资源的细小纤维和颗粒状无机物质的分散相,并包括至少一种聚合物质或包含至少两种不同聚合物质的聚合物体系。在一些其它实例中,复合印刷基底为层压结构。本文中所用的“层压”反映了使用层压法将层或化合物施加到彼此上的事实。当该印刷基底支承墙布或是当施加或粘贴到表面或墙壁上时,尤其存在此类层压结构。
如本文中公开的印刷基底可以用作用于家庭或商业用途、用于装饰或展示以及标识或条幅等等的墙布材料(例如壁纸)。在一些实例中,本公开的适印基底是墙布基底。该基底包括在适印介质上构成非图像面和图像面的层。非图像面或背面在墙布应用中或甚至在具有单一图像面的标识或条幅应用中是面向并粘贴到墙壁上的面。图像面是包括用于接收、支承和保护图像的材料层的面。本文中所用的术语“墙布”是指支承用于成像(包括用于墙壁装饰的数字印刷)的各种成像材料和应用(例如各种类型的喷墨墨水和喷墨印刷)的印刷介质。此外,术语“墙布”是指符合关于墙布的联邦和工业标准或规范,包括但可不限于CCC-W-408A和D、ASTM F793和CFFAW-101D的产品。在这些标准下,墙布具有取决于该墙布属于哪种类别或类型的重量和耐久性要求。类别I是仅装饰性墙布,而类别VI是可商业服务性(commercial serviceability)墙布。(在这些标准中,I、II和III型墙布基本分别相当于类别IV、V和VI)。根据本文中所述的原理的墙布具有根据上述标准的类别V,II型或可能更高等级的墙布的磨损和撕裂耐久性并可能符合或超过在上述标准下对II型墙布设立的准则。“磨损和撕裂”分别是指ASTM F793的最低可擦洗性标准和最低断裂强度标准。在本文中,术语“墙布”、“墙布印刷介质”和“墙布数字印刷介质”可互换使用。
本公开的印刷基底在用于墙布应用时具有满足或超过II型墙布标准或其中确立的规范的耐久性。此外,本公开的适印基底能够提供耐久的II型墙布并且也不含对环境有害的聚氯乙烯(PVC)。在一些实例中,该适印基底在用作室内环境中的墙布时能够满足“耐火性或阻燃性(Fire Resistance or flame resistance)”标准,例如ASTM E84。
该印刷基底具有快速吸收速率。所得印刷制品和图像因此具有优异的印刷质量。“快速吸收速率”指的是该墨水的水、溶剂和/或载体可以被基底快速吸收,以使墨水组合物没有机会相互作用并导致渗色和/或聚结问题。可由此实现无缺陷印刷的吸收速率还取决于印刷速度和所用的墨水量。印刷速度越快,所用的墨水量越高,对介质的更快吸收的要求越高。采用最大墨水载量(如在次生色的情况下)的好的诊断图(diagnostic plot)将容易聚结,并且穿过原生色和次生色的区域填充的原生色和次生色的线条图案将容易渗色。如果在所需印刷速度和墨水载量下不存在渗色或聚结,则该印刷介质的吸收速率将是足够的。Bristow轮测量可用于定量测量在介质上的吸收,其中将固定量的墨水流体经狭缝施加到以变化的速度移动的介质条上。在一些实例中,印刷基底具有通过Bristow轮吸墨法测得的不小于30ml/m2×sec1/2的吸墨速率(Bristow轮是还称为Paprican Dynamic SorptionTester的设备,型号LBA92,由Op Test Equipment Inc.制造)。
在一些实例中,该印刷基底是耐久的挠性支承件。“耐久”是指该支承基底对某些物理力和表面降解力具有高耐受性。根据撕裂和抗张强度、表面磨损、耐水和溶剂性、耐火性、尺寸稳定性、抗沾污性、热老化、寒冷气候中的一项或多项和墙布分级标准ASTM F793和联邦规范CCC-W-408D(例如对于II型可商业服务性墙布而言)中描述的其它方面来表明该支承基底的耐久性。该印刷基底可以是基本挠性的。“挠性”是指柔韧或易弯并能够在例如无断裂或开裂的情况下卷绕和退卷。
在一些实例中,该印刷基底具有小于150Sheffield光滑度单位的表面光滑度。在一些其它实例中,该印刷基底具有小于100Sheffield光滑度单位的表面光滑度。在另一些其它实例中,该印刷基底具有大约30至大约90Sheffield光滑度单位的表面光滑度。该表面光滑度采用Hagerty光滑度测定仪测量(按照T-538om-96的Tappi法)。该方法测量试样(在底面上由平板玻璃支撑)和从顶面压入样品中的两个加压的、同心环形台面之间的空气流。空气流的速率与纸张的表面粗糙度相关。该数值越高,表面越粗糙。单位为SU(Sheffield光滑度单位)。
在一些实例中,该印刷基底当用于墙布应用时表现出小于2.5的纵向(MD)抗拉刚度与横向(CD)抗拉刚度之比;或者该MD/CD抗拉刚度比可以小于1.5。在一些实例中,该印刷基底具有大于25磅/英寸(大约446千克/米)的使用可获自Testing Machines,Inc.(Newcastle,DE)的Intron装置测得的纵向(MD)抗拉刚度。在一些其它实例中,该印刷基底具有大于15磅/英寸(大约268千克/米)的也使用Intron装置测得的横向(CD)抗拉刚度。
在一些其它实例中,该印刷基底表现出合意的撕裂强度和抗张强度。例如,该印刷基底可以具有8kgf(千克力)或更高的平均纵向(MD)撕裂强度和9kgf或更高的平均横向(CD)撕裂强度,并可以具有30kgf或更高的纵向(MD)抗张强度和20kgf或更高的横向(CD)抗张强度。抗张强度表示材料对张力下断裂的抵抗性,撕裂强度表示抗撕裂性。根据ASTMD751“经涂布织物的标准测试方法(Standard test method for coated fabrics)”进行这样的测量。在一些其它实例中,该印刷基底在用于墙布应用时可具有300个线性摩擦周期或可能更大的最低耐擦洗性。根据ASTM F793“经涂布织物的标准测试方法”进行这样的测量。
在一些实例中,该印刷基底具有按照Scott内部结合强度测试仪大于150J/m2的内部结合强度(或纸张层离能量)。Scott结合测试仪按照Tappi法T569om-14测量层离能量。该方法限定了测量将片材类型试样快速层离所需能量的试验。“Z”向破裂由具有受控质量和受控速度的摆锤的冲击来引发,所述受控速度超过抗张强度和其它静重测试仪的速度的6000倍。该设备的几何形状使得拉伸应力在性质上是旋转的,在试样上的剪切应力可忽略不计。
在一些实例中,根据本公开的介质表现出至少80%的归一化TAAPI亮度。在一些其它实例中,适印记录介质具有至少85%的归一化TAAPI亮度(在1至100的标度上)。使用TAPPI标准T452,“纸浆、纸张和纸板的亮度(在457纳米下定向反射)(Brightness of pulp,paper,and paperboard(directional reflectance at 457nm))”借助TechnidyneBrightmeter来测量Tappi亮度。在457纳米蓝光下在45°角度下进行测量并报告。即使纸张重量降低,该适印记录介质的亮度也是合意的。本文中所用的“归一化TAAPI亮度”是TAAPI亮度(实际的或预测的)乘以目标基重并除以基重(以克/平方米计)。
在一些实例中,本文中公开的印刷基底具有至少80%的不透明度。在一些情况下,不透明度为92%或更高。不透明度是纸张的光学性质,并可以通过反射率测量的比率来测定。TAPPI不透明度(即使用89%的反射率背衬的不透明度)是可以使用的一种不透明度值。TAPPI不透明度是100乘以衬有黑色背衬的样品的反射率与具有89%的已知反射率的衬有白色背衬的样品的反射率之比。反射率测量可以使用亮度和色度计来进行。根据本公开的介质的实例表现出至少80%的不透明度。在一些其它实例中,根据本公开的介质表现出至少92的不透明度。
图1示意性图解了本公开的印刷基底(100)的一个实例。印刷基底(100)具有图像面或印刷面(101)和背面或相反面(102)。该基底的图像面(101)是包括接收、支承和保护图像的材料层的面。背面或相反面(102)不被设计用于接收印刷图像,并且在墙布应用中或甚至在具有单一图像面的标识或条幅应用中是面向并粘贴到对象(如面板、板和墙壁表面)上的面。如图2中所示,当图像接收层(110)施加在其图像面或印刷面(101)上时,印刷基底(100)可以被视为支承基础基底(100)。图像接收层(110)仅施加在支承基础基底(100)的一面上。在一些实例中,印刷基底是可以在该印刷基底的图像面(101)上涂布有图像接收层的适印介质。该印刷基底的相对面(102)可以涂布或层压有其它材料或层压/涂层,如织物背衬(这将改善机械强度、触感和外观以及背衬粘附)、阻燃组合物(以便改善耐火性)或粘合控制层(以便使介质永久粘着或可剥离)。该印刷基底可以被视为具有图像面(101)和背面(102)(或非图像面)的印刷基底。
在一些实例中,本公开还涉及适印记录介质,所述适印记录介质包含含有来自木质资源的纤维,该纤维具有超过5%的细小纤维,所述细小纤维具有小于0.1毫米的平均长度;超过大约10重量%的至少一种聚合物质;和平均粒度为0.1至2.0微米的颗粒状无机物质的基础基底;以及施加到所述基底的至少一面上的含有填料和聚合物质的图像接收层。在一些其它实例中,该图像接收层进一步包含胶乳成膜剂。
该印刷基底含有源于木质资源并具有超过5%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维的纤维。在一些实例中,该印刷基底含有来自木质资源的纤维,其具有至少10%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维。此类细小纤维可以选自任何物类的硬木和软木和/或混合物,或任何再生纸浆来源。
本文中所用的措辞“细小纤维(fines)”指的是“细小纤维(fiber fines)”或“纤维碎片”或平均长度小于0.1毫米的纤维类型。细小纤维是非常小的纤维和纤维碎片,如原纤维,其是可以从天然纤维素纤维壁上拆下的线状元件。细小纤维类型或细小纤维可能是指小到足以穿过成形织物的细小纤维素材料。TAPPI Useful Method将细小纤维定义为小到足以穿过最小直径为76微米的锥形孔的物件。细小纤维可以具有两个主要来源。所谓的“原生细小纤维”,其由存在于木材内部的薄壁细胞和其它小细胞组成。硫酸盐法制浆以完好的棒状物形式释放它们。相比之下,“次生细小纤维”通过精磨产生。次生细小纤维的一个实例倾向于为带状。
该印刷基底可以含有最多60%的木纤维或来自木质资源的纤维,其具有小于大约3.0毫米的重均纤维长度。该印刷基底还可以含有由纤维形成的原纸(raw base paper),所述纤维包含按干重量计小于20%的具有0.5至3.0毫米的重均长度的纤维的含量。在一些实例中,该印刷基底可以含有最多60%的木纤维或来自木质资源的纤维,其具有0.3毫米至2.5毫米的重均纤维长度。在一些其它实例中,该印刷基底含有10至50%的原纸,其由重均长度为0.5至2.5毫米的纤维形成。在另一些其它实例中,该印刷基底含有10至50%的原纸,其由重均长度为0.6至1.5毫米的纤维形成。
该印刷基底可以含有最多60%的重均纤维长度小于大约3.0毫米的木纤维或来自木质资源的纤维,并且其具有超过5%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维。该印刷基底还可以含有包含小于20%的平均长度为0.5至3.0毫米的纤维的含量,并具有至少10%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维的纤维。重量百分比(重量%)由该基底的总干重量表示。
本文中所用的术语“纤维长度”可以宽泛地解释为是指精磨过程后纸浆的重均纤维长度。因此,如果纤维的长度为“1”毫米,重量为“w”毫克,那么对于给定纸浆,重均长度(L)为∑(wl)/∑w,或各纤维的重量乘以长度的乘积之和除以该试样中纤维的总重量。
该印刷基底由构成复合结构的分散的相或畴制成。印刷基底的分散相含有来自木质资源的细小纤维。
该纤维可以仅来源于天然木材物类并可以包括来自再生纸浆的纤维(即木基纤维)(无聚合物纤维)。在一些实例中,所述纤维是原纸。该印刷基底还可以由任何合适的木材或非木材纸浆制成。合适的纸浆的非限制性实例包括任何种类的化学纸浆、机械木浆、化学处理过的研磨纸浆、CTMP(化学热机械纸浆)和/或其混合物。在一些实例中,由此可以使用研磨木浆、亚硫酸盐纸浆、化学研磨纸浆、精磨机研磨纸浆和热机械纸浆或其混合物。在一些实例中,原基材(raw base)含有非木材纸浆,如源于竹子、甘蔗渣、洋麻、纸莎草等的纸浆。漂白硬木化学纸浆可以构成主要纸浆组合物。在一些实例中,来自木质来源的原纤维选自天然硬木和软木或二者的组合。制浆方法包括无木制浆(例如硫酸盐化学纸浆和亚硫酸盐化学纸浆)或木材制浆(例如研磨木浆、热机械纸浆和/或化学热机械纸浆)、再生布浆(fabric pulp)或其组合。
该印刷基底可以含有作为第一组成材料的合成聚合物纤维和作为第二组成材料的天然纤维。合成聚合物纤维的量可以是第二层中全部纤维的大约5重量%至大约80重量%;或可以为第二层中全部纤维的大约10重量%至大约30重量%。在一些实例中,该印刷基底含有作为第一组成材料的合成聚合物纤维和作为第二组成材料的天然纤维素纤维,纤维组合物中合成聚合物纤维的量为全部纤维的大约5重量%至大约80重量%。
该印刷基底可以包含作为合成聚合物纤维之一的无PVC的合成聚合物组分。在一些实例中,合成聚合物纤维可以选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸化物(polyacrylics)、所述纤维的两种或更多种的组合、以及所述纤维的两种或更多种的混合物。合成聚烯烃纤维可以包括但不限于聚乙烯纤维、聚乙烯共聚物纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯共聚物纤维、所述聚烯烃纤维中的两种或更多种的组合、任意的所述聚烯烃纤维与另一种聚合物纤维的组合、所述聚烯烃纤维中的两种或更多种的混合物、或任意的所述聚烯烃纤维与另一种聚合物纤维的混合物。在一些实例中,纤维组合物可以包括合成纤维素材料,其包括但不限于二乙酸纤维素、三乙酸纤维素、丙酸纤维素、丁酸纤维素、乙酸丁酸纤维素和硝化纤维素。
纤维组合物可用于形成具有非织造结构的幅材,例如使用造纸设备。合成聚合物纤维可以具有大约1毫米(mm)至大约3毫米的平均长度。该长度相当于天然纤维素纤维的长度。在一些其它实例中,合成聚合物纤维具有大约10微米(μm)至大约40微米的直径以及大约2毫米至大约3毫米的平均长度。第二层中的合成聚合物纤维的量取决于该纤维的长度。例如,使用更长的合成纤维可允许使用更少量的合成纤维来改善支承基底的尺寸稳定性。
如上所示,支承基底的纤维组合物可以包含合成纤维和天然纤维。天然纤维包括来自硬木物类或硬木物类与软木物类的天然纤维素纤维。在一些实例中,基底层中硬木纤维与软木纤维之比可以为大约100∶0至大约20∶80。天然纤维素纤维可以加工成各种纸浆,包括但不限于无木纸浆,如漂白或未漂白的硫酸盐化学纸浆和漂白或未漂白的亚硫酸盐化学纸浆;含木纸浆,如研磨木浆、热磨机械纸浆和化学-热磨-机械纸浆中的一种或多种;非木天然纤维,如竹纤维、蔗渣纤维、再生纤维、棉纤维中的一种或多种的纸浆;两种或更多种纸浆的组合,或两种或更多种纸浆的混合物。进一步包括天然纤维的第二层纤维组合物中合成聚合物纤维的量可以为全部纤维的大约10重量%至大约80重量%。在一些实例中,纤维组合物中合成聚合物纤维的量按全部纤维的重量计为大约20重量%至大约70重量%,或大约30重量%至大约60重量%。
在一些实例中,本文中所述的印刷基底可以进一步包含内部施胶剂(ASA)。此类内部施胶剂可以乳化,例如以1∶4的比率使用阳离子淀粉,并可以以总纤维重量的0.2至2重量%的总剂量率加入到纤维配料中。另外,可以将其它添加剂如光学增白剂和用于颜色调节的染料、助留剂/助滤剂和有利于操作效率的杀生物剂添加到纤维配料中。
该印刷基底进一步包含颗粒状无机物质,也称为填料或无机颜料。此类无机物质以平均粒度为0.1至2.0微米(μm)的粒子形式存在于印刷基底中。无机物质以粒子和/或薄片的形式存在于印刷基底的分散相中。
在一些实例中,颗粒状无机粒子具有小于2微米的平均粒度和大于70的L*值(亮度)。在TD904(Macbeth Process measurement)上测量L*值。
在一些实例中,平均粒度或当量粒度分布D50小于1微米(μm),亮度大于85%(通过ISO 2469方法)。当样品以1∶1000的比率在纯三乙二醇二乙烯基醚中稀释时,使用MalvernZetasizer Nano(Malvern Instruments,Malvern,Worcestershire UK)测定D50粒度。粒度分布D50还被称为中值直径或粒度分布的中值,其是累积分布中50%处粒子直径的值。例如,如果D50为1微米,那么样品中50%的粒子大于1微米且50%的粒子小于1微米。D50可用于表示粒子组的粒度。
在一些实例中,颗粒状无机物质或填料以该印刷基底的总重量的大约0.1重量%至40重量%的量存在。在一些其它实例中,颗粒状无机物质以该印刷基底的总重量的大约1重量%至25重量%的量存在。在另一些其它实例中,颗粒状无机物质可以以该印刷基底的总重量的大约3重量%至大约15重量%的量存在。
不与任何理论联系在一起,据信颗粒状无机物质的化学类型、粒度、分布和载量的组合有助于控制该印刷基底的不透明度。在一些实例中,将这些粒子特性的组合调节至使得该基底的不透明度大于92%的水平。据信无机物质可以填充在纤维网络的空隙空间中,并导致更致密、更光滑、更亮和不透明的片材。
无机颜料的非限制性实例包括:碳酸钙、高岭土、滑石、硫酸钙、硫酸钡、二氧化钛、氧化锌、硫化锌、碳酸锌、缎光白(satin white)、硅酸铝、硅藻土、硅酸钙、硅酸镁、合成非晶二氧化硅、胶体二氧化硅、胶体氧化铝、假勃姆石、氢氧化铝、氧化铝、锌钡白、沸石、碳酸镁、氢氧化镁和各种组合。在一些实例中,颗粒状无机物质或颜料选自二氧化硅、粘土、高岭土、碳酸钙、滑石、二氧化钛和沸石。在一些其它实例中,颜料是以干粉形式或以水性悬浮液形式(通常称为浆料)接收的无机颜料粒子。合适的颗粒状无机物质的实例还包括沉淀碳酸钙、重质碳酸钙、滑石、粘土(例如煅烧粘土、高岭土或其它层状硅酸盐)、硫酸钙、二氧化钛(TiO2)或其组合。颗粒状无机物质还可以是煅烧粘土、超细沉淀碳酸钙、改性碳酸钙、重质碳酸钙或其组合。
在一些实例中,存在于该印刷基底中的颗粒状无机物质是二氧化钛和重质碳酸钙的组合。沉淀碳酸钙可以例如以商品名A40和(均可获自MineralsTechnologies Inc.)购得。重质碳酸钙可以例如以商品名70和(均可获自Omya North America)购得。市售填料粘土的实例是EG-44和B-80(可获自Thiele Kaolin Company)。市售滑石的实例是F03(可获自Mondo Minerals)。
在另一些其它实例中,可以选择少量有机粒子以便与无机粒子混合。有机物质的非限制性实例包括:苯乙烯型塑料颜料、丙烯酸型塑料颜料、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯及其共聚物、聚四氟乙烯粉末以及任意组合。有机物质的其它实例包括但不限于微胶囊、尿素树脂、密胺树脂等等。有机物质可以为实心粒子形式或所谓的“中空”粒子形式,换言之,其中空隙体积存在于该粒子中。
通过例示而非限制,颗粒状无机物质还可以是例如煅烧粘土(大约83-92%粒子的粒度分布小于2微米)(来自Thiele Kaolin Company,Sandersville GA);B5260超细沉淀碳酸钙(平均粒度为大约2.4微米)(来自Omya Inc.,FlorenceVT);或煅烧粘土与60微细重质碳酸钙的混合物(平均粒度为大约1.5微米)(来自Omya Inc.),其中该混合物按干重量计含有至少大约50%、或至少大约80%的煅烧粘土。
该印刷基底进一步包含至少一种具有高分子量的聚合物质。所述聚合物质还可以被称为聚合物。所述聚合物可以是天然聚合物,即源自天然资源,或可以是化学改性的天然聚合物。该聚合物还可以源自合成物质,并由以随机、嵌段和/或接枝方式聚合的单体制成,并且在一些情况下是交联的。“高分子量”是指大于1×104克/摩尔(g/mol)的重均分子量(Mw)。在一些实例中,该聚合物质具有大约104至大约107克/摩尔的分子量。
在一些实例中,聚合物质以该印刷基底的总重量的10至50重量%的量存在。在一些其它实例中,聚合物质以该印刷基底的总重量的10重量%至30重量%的量存在。在另一些其它实例中,聚合物质以该印刷基底的总重量的12重量%至20重量%的量存在。聚合物质的重量百分比表示聚合物质的总含量除以该印刷基底的总重量(即当存在时第一和第二聚合物质的含量之和)。
在一些实例中,该印刷基底包含含有两种或更多种不同的聚合物质(在本文中任意地称为“第一聚合物质”和“第二聚合物质”)的聚合物体系。第二聚合物质可以具有或不具有与第一聚合物质相同的化学组成。第一和第二聚合物质也可以被认为是聚合物颗粒。
不与任何理论联系在一起,据信该印刷基底的复合结构是由于存在聚合物质。事实上,在一些实例中,在基底中存在第一聚合物质,结合由颗粒状无机物质和来自木质资源的原纤维构成的微畴来形成分散相。在基础基底中还可以存在第二聚合物质作为连续相,在颗粒状无机物质和来自木质资源的原纤维的复合材料外部上形成层叠(layering)结构。连续相的定义指的是由非均相混合物中的单一相或组分组成的相畴,可以通过该相畴绘制到达所有相畴边界的连续路径,而不会穿过相畴边界。分散相指的是相分离的混合物中的相畴,其被连续相包围,但是与混合物中所有其它类似相畴隔离。在一些实例中,第一和第二聚合物质是在去除液体载体如水性溶剂时可以成膜以形成连续相的聚合物。
在一些实例中,该印刷基底包含具有至少两种不同的聚合物质的聚合物体系,其中第一聚合物质以基底总重量的0.5重量%至10重量%的量存在,并且其中第二聚合物质以基底总重量的5重量%至40重量%的量存在。在一些其它实例中,该印刷基底包含具有至少两种不同的聚合物质的聚合物体系,其中第一聚合物质以基底总重量的0.5重量%至5重量%的量存在,并且其中第二聚合物质以基底总重量的9重量%至30重量%的量存在。
不与任何理论联系在一起,据信由于在适印基底的纤维结构中使用超过5%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维,使用细小纤维或粒子助留剂(如阳离子淀粉)以防止造纸的湿部处理过程中小的粒子从纤维混合中摸索出来(felt out)。这些助留剂可以是化学大分子物质或所谓的聚合物,但是它们不构成本发明中描述的聚合物质的部分或全部组分。
第一和第二聚合物质可以是分散在水性溶剂中的低Tg聚合物胶乳颗粒。第一和第二聚合物质可以具有大约-30℃至大约50℃的玻璃化转变温度(Tg)。在一些实例中,第一和第二聚合物的Tg为大约-25℃至大约30℃,或大约-20℃至大约20℃。
在一些实例中,该印刷基底包含具有至少两种不同的聚合物质的聚合物体系,其中第一和第二聚合物质均具有大约104至大约107的分子量。
第一聚合物质的实例包括但不限于水溶性聚合物,如聚乙烯醇、淀粉衍生物、明胶、纤维素衍生物、丙烯酰胺聚合物;水分散性聚合物,如丙烯酸系聚合物或共聚物、乙酸乙烯酯胶乳、聚酯和苯乙烯-丁二烯或丙烯腈-丁二烯共聚物胶乳;两种或更多种上述聚合物质的组合;或两种或更多种上述聚合物质的混合物。
在一些实例中,第一聚合物质是淀粉衍生物,丙烯酸酯和乙烯基酯的聚合物或共聚物。在一些其它实例中,第一聚合物质是丙烯酸酯与乙烯基酯的聚合物或共聚物。在一些其它实例中,第一聚合物质是甲基丙烯酸酯的聚合物。在另一些其它实例中,第一聚合物质是甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯、苯乙烯或二乙烯基苯中的任一种的共聚物。可用于形成聚合物颗粒的单体的实例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸油醇酯、(甲基)丙烯酸棕榈醇酯、(甲基)丙烯酸硬脂醇酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、二(甲基)丙烯酸-1,3-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸二乙二醇酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。该聚合物质可以由不具有甲基取代基团的丙烯酸酯单体制成,例如用丙烯酸乙酯的单体代替(甲基)丙烯酸乙酯。其它乙烯基酯单体(例如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、新戊酸乙烯酯、2-乙基己酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯)、乙烯基苯单体、C1-C12烷基丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺单体(例如叔丁基丙烯酰胺、仲丁基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺)和烯烃单体(例如聚乙烯、聚丙烯和共聚物)也可以使用。
在一些实例中,该印刷基底的第二聚合物物质可以是无PVC的合成聚合物膜或能够成膜的高分子量聚合物。“高分子量”指的是大于1×104克/摩尔(g/mol)的重均分子量(Mw)。该聚合物膜可以由非氯乙烯聚合物制成,其包括但不限于,聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、尼龙(聚酰胺)、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯的均聚物和/或共聚物、其两种或更多种的组合或其两种或更多种的混合物。“非氯乙烯聚合物”是指在合成聚合物膜中不存在聚氯乙烯(PVC)或合成聚合物膜不含氯乙烯链单元(即,无PVC的膜),因为如上文提到,聚氯乙烯已知对环境有害。合成聚合物组分可以是具有通过用聚苯乙烯标样校准的凝胶渗透色谱法(GPC)测得的在大约2.90×105克/摩尔至大约3.95×105克/摩尔范围内的重均分子量(Mw)的聚丙烯膜。对于这一实例,由Mw/Mn表示的分子量分布为大约2.9至大约4.8,其中Mn是数均分子量。此外,在这一实例中,该聚丙烯膜可以是单取向或双轴取向的,非晶区域的密度为大约0.85g/cm3且结晶区域的密度为大约0.94g/cm3。该聚丙烯膜还可具有在大约140℃至大约185℃范围内的熔点。聚合物膜可以通过各种方法在印刷基底中形成,例如但不限于熔体挤出、膜层压和冷/热压。
在一些实例中,第二聚合物质可以处于液体状态,其中聚合物是溶剂(包括水)分散或溶解的。其可以存在于基底中作为连续相,在无机物质与来自木质资源的原纤维制成的复合结构的外部上形成层叠结构。在一些实例中,第二聚合物质是聚乙酸乙烯酯或聚丙烯酸系乳液。在一些其它实例中,第二聚合物质是聚丙烯酸系乳液。
第二聚合物质可以是上文中对于第一聚合物质所列举的任何聚合物或其任意组合。第二聚合物质还可以是具有大约-40℃至大约250℃的最低成膜温度的聚合物质。第二聚合物质的实例是水基聚合物,包括聚(乙烯醇)、苯乙烯-丁二烯乳液、丙烯腈-丁二烯胶乳或其组合。第二聚合物质可以与其它水基聚合物一起使用,如淀粉(例如氧化淀粉、阳离子化淀粉、酯化淀粉、酶法变性淀粉等)、明胶、酪蛋白、大豆蛋白、纤维素衍生物(例如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等)、丙烯酸系乳液、乙酸乙烯酯乳液、偏二氯乙烯乳液、聚酯乳液和聚乙烯基吡咯烷酮。不具有最低成膜温度但可以经由蒸发溶解的载体或经由多种单体或低聚物如环氧树脂的反应在表面上可以形成连续膜的其它聚合物也可以用作第二聚合物质。要理解的是,第二聚合物质可以具有或不具有与第一聚合物质相同的化学结构和性质。
第二聚合物质不构成任何通常用于“表面施胶”操作的聚合物,例如干表面强度剂如淀粉、调色剂粘合促进剂如苯乙烯共聚物和具有大分子的表面活性剂/染料。
聚合物质的实例包括以商品名(来自BASF)、(来自BASF)、(来自Rosco)和(来自Lubrizol)出售的商业化学品。聚合物质的实例还包括但不限于来自系列的纤维素衍生物(由Weyerhaeuser Inc.出售);作为出售的阳离子淀粉(由Grain Processing Corporation出售);作为系列出售的苯乙烯-丁二烯乳液(由Lanxess Inc.出售)。
在一个方面,第一聚合物质可以在湿部中添加到纤维的共混物中(湿部施加(application))。换句话说,该聚合物质可以在将纤维转化成纸幅或基底之前与纤维的共混物在纸浆悬浮液中混合。在一些实例中,第一聚合物质是带阳离子电荷的或中性的以使其与湿部纤维混合更相容。在另一方面,如果第二聚合物质以薄膜状态存在,其可以使用层压或挤出处理来添加,或者可以通过膜式施胶压榨、池式施胶压榨和/或其它表面处理技术(施胶压榨施加)加入到幅面化纸卷(formatted paper roll)中。当经由施胶压榨施加——即作为表面施胶剂施加时,第二聚合物质可以是表面施胶溶液(或表面处理组合物)的一部分,并因此可以在表面施胶处理中与其它功能化学试剂混合,如光学增白剂、UV吸收剂和彩色染料。第二聚合物质可以具有任何类型的电子电荷(阳离子、阴离子或不带电荷)。
由此,聚合物质是含有第一聚合物质和第二聚合物质的聚合物体系,其中第一聚合物质可以混合到纤维的共混物中,第二聚合物质可以经由施胶压榨施加来施加到基底上。在一些实例中,第一聚合物质是阳离子聚丙烯酸系聚合物,第二聚合物质是阴离子聚丙烯酸系聚合物或交联PVA。在一些其它实例中,第一聚合物质是阳离子聚丙烯酸系聚合物,并混合到纤维共混物中,第二聚合物质是聚丙烯酸系聚合物或交联PVA,并经由施胶压榨施加来施加到基底上。
当加入第一聚合物质时,它们可以是含有内部施胶剂如烷基烯酮二聚体(AKD)和其它合成聚合物表面施胶添加剂如苯乙烯马来酸、苯乙烯丙烯酸和苯乙烯丙烯酸系乳液的内部施胶溶液的一部分。换句话说,可以加入第一聚合物质,其不构成在湿部中用作功能添加剂如助留剂、湿强度剂和加工助剂的其它聚合物,在另一方面,在纸浆中在片材形成之前进行添加(内部施加)。
如上所述,本公开的印刷基底可以被视为适印介质的基底,因此意味着称为“图像接收层”或“墨水接收层”或“图像记录层”的一个层或多个涂层可以沉积在该印刷基底的至少一面上。该印刷基底因此可以包含施加到该印刷基底的至少一面上的图像接收层,或可以包含两个施加到该印刷基底的两面上的图像接收层。
图像接收层的涂布重量可以为例如大约5gsm至大约50gsm或可以为大约10gsm至大约20gsm。一旦涂布,图像接收组合物干燥以形成层(即图像接收层)。在一些实例中,图像接收层的厚度为大约5微米(μm)至大约40微米(μm)。在一些实例中,图像接收层具有PPS光滑度小于1.5微米(μm)或小于0.8微米(μm)的光滑表面。据信具有大于这一范围的粗糙度的任何表面会造成不合意的图像质量,如斑驳。
在一些实例中,图像接收层含有颜料填料和聚合物粘合剂。图像接收层还可含有颜料填料、聚合物质和胶乳成膜剂。颜料填料可以是固体粉末形式或分散浆料形式的无机和/或有机颗粒。无机颜料填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、滑石、及其组合或混合物。无机颜料填料可包括粘土或粘土混合物。无机颜料填料可包括碳酸钙或碳酸钙混合物。碳酸钙可以是重质碳酸钙(GCC)、沉淀碳酸钙(PCC)、改性GCC和改性PCC中的一种或多种。无机颜料填料还可包括碳酸钙和粘土的混合物。在一些实例中,无机颜料填料包括两种不同的碳酸钙颜料(例如GCC和PCC)。有机颜料填料的实例包括但不限于存在于分散浆料中或固体粉末中的聚苯乙烯及其共聚物、聚甲基丙烯酸酯及其共聚物、聚丙烯酸酯及其共聚物、聚烯烃及其共聚物,如聚乙烯和聚丙烯、这些聚合物中的两种或更多种的组合的粒子。用于图像接收层(120)的颜料可以选自硅胶(例如可获自Grace Co.的703C)、改性(例如表面改性、化学改性等)碳酸钙(例如B6606、C3301和5010,其均可获自Omya,Inc.)、沉淀碳酸钙(例如可获自Specialty Minerals,Inc.的30)及其组合。该颜料可以以图像接收层的总重量%的例如大约65重量%至大约85重量%的量存在。
图像接收层中存在的聚合物质可以是水基物质。合适的聚合物质的实例包括聚乙烯醇、苯乙烯-丁二烯乳液、丙烯腈-丁二烯胶乳或任意组合。此外,除上述物质之外,可添加其它水性物质,包括:淀粉(包括氧化淀粉、阳离子化淀粉、酯化淀粉、酶法变性淀粉等)、明胶、酪蛋白、大豆蛋白、纤维素衍生物,包括羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等;丙烯酸系乳液、乙酸乙烯酯乳液、偏二氯乙烯乳液、聚酯乳液和聚乙烯基吡咯烷酮。合适的聚合物质的其它实例包括水基物质,如聚乙烯醇(其实例包括可获自Kuraray America,Inc.的Kuraray235、40-88和20-98)、苯乙烯-丁二烯乳液、丙烯腈-丁二烯胶乳及其组合。图像接收层(120)中存在的聚合物质的量可以为按干重量计每100份颜料填料大约5至大约40份;或可以为按干重量计每100份颜料填料大约10至大约30份。
图像接收层可进一步含有胶乳成膜剂。要理解的是,成膜剂能够降低聚合物颗粒(尤其存在于要印刷在适印介质上的胶乳墨水中)的弹性模量并提供暂时性增塑,这促进成膜过程中聚合物颗粒的聚合物链运动。由此,聚合物颗粒更容易聚结,因此该成膜剂可以改善聚合物颗粒的成膜性质。在一些实例中,作为图像接收层的一部分的成膜剂包括柠檬酸盐化合物、癸二酸盐化合物、乙氧基醇、二醇低聚物、二醇聚合物、二醇醚、甘油缩醛、具有多于12个碳骨架的阴离子型、阳离子型或非离子型表面活性剂(例如C-18脂肪酸的丙二醇单酯和丙二醇单油酸酯(各自由BASF Corp以商品名市售))、环酰胺及其组合。环酰胺可以是β-内酰胺(例如棒烷(clavam)、氧头孢烯(oxacephem)、头孢烯(cephem)、青霉烷(penam)、碳青霉烯(carbapenam)和单环β-内酰胺(monobactam))、γ-内酰胺、δ-内酰胺(例如己内酰胺和葡糖二酸内酰胺(glucarolactam))及其组合。该成膜剂可以是环酰胺,如内酰胺,如β-内酰胺、γ-内酰胺和δ-内酰胺及其混合物。胶乳成膜剂也可以是γ-内酰胺。γ-内酰胺的代表性实例包括N-甲基-2-吡咯烷酮、5-甲基-2-吡咯烷酮和2-吡咯烷酮。
颜料填料的量与成膜剂的量之比可以为大约200∶1至大约10∶1;或也可以为大约150∶1至大约12∶1或为大约100∶1至大约30∶1。在一些实例中,图像接收层包含颜料填料、按干重量计每100份颜料填料大约5份至大约40份的量的水基聚合物质和大约200∶1至大约10∶1的颜料填料与胶乳成膜剂之比下的胶乳成膜剂。
图像接收层可以进一步包含其它添加剂,例如加工助剂和改性剂。可并入的添加剂的实例包括交联剂、表面活性剂、消泡剂、固色剂和/或pH调节剂。图像接收层可包含大约1重量%至大约3重量%的硼酸作为交联剂、大约0.5重量%至大约2重量%的甘油和大约1重量%至大约5重量%的染料固色剂(例如可获自Clariant International Ltd的)。该、图像接收层还可以图像接收层的总重量%的大约0.05重量%至大约0.2重量%的量包含消泡剂。消泡剂的实例包括1410、1420、1430,它们均可获自BASF Corp。
在一些实例中,该印刷基底可以进一步包含层压在该印刷基底上的粘合剂化合物。粘合剂化合物可以是能够以足够强度将两种材料粘合在一起的任何粘合剂。该粘合剂可以是选自多种多样的树脂胶乳的水性胶乳粘合剂。该粘合剂的树脂胶乳可以包括但不限于由疏水加成单体的聚合形成的树脂。疏水加成单体的实例包括但不限于丙烯酸C1-C12烷基酯和甲基丙烯酸C1-C12烷基酯(例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸仲丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯)、芳族单体(例如苯乙烯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸邻甲苯酯、甲基丙烯酸间甲苯酯、甲基丙烯酸对甲苯酯、甲基丙烯酸苄酯)、含羟基的单体(例如丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯)、含羧酸的单体(例如丙烯酸、甲基丙烯酸)、乙烯基酯单体(例如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、新戊酸乙烯酯、己酸乙烯基-2-乙酯、叔碳酸乙烯酯)、乙烯基苯单体、C1-C12烷基丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺(例如叔丁基丙烯酰胺、仲丁基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺)、交联单体(例如二乙烯基苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、双(丙烯酰氨基)亚甲基)及其组合。也可以使用由丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、乙烯基酯和苯乙烯衍生物的聚合和/或共聚制成的聚合物。市售粘合剂产品的代表性实例包括但不限于来自BASF North America的788或866;来自Specialty Polymers,Inc.,OR,USA的347;和来自Air Products,Inc.,PA,USA的325或825。
印刷基底可以进一步包含施加在该基底上,在图像接收层下方的粘结层(如果存在的话)。不与任何理论联系在一起,据信这种粘结层能够提供印刷基底与为了形成墙布而施加于其上的后续材料层,包括如下文中进一步描述的图像接收层之间的更好粘合。该粘结层可以是具有比合成聚合物膜的表面自由能更高的表面自由能,例如在20℃下测得的大于30毫牛顿/米(mN/m)的表面自由能的聚合物材料。在一些实例中,粘结层的聚合物材料具有大于35mN/m或大于38mN/m或大于40mN/m的表面自由能。粘结层的聚合物材料的实例包括,但不限于,各种聚丙烯酸酯、各种聚甲基丙烯酸酯、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯丁二烯、聚氧乙烯、聚苯乙烯、聚(2-乙烯基吡啶)、环氧树脂、这些材料中的两种或更多种的组合或这些材料中的两种或更多种的混合物。施加到印刷基底上的粘结层材料的量可以为大约0.01克/平方米(gsm)至大约5gsm。在一些实例中,粘结层材料的量为大约0.1gsm至大约5gsm,或大约0.3gsm至大约4gsm,或大约0.5gsm至大约3gsm。
在一些实例中,描述了形成如本文中所述的印刷基底的方法。该印刷基底具有包含以下成分的结构:来自木质资源的纤维,其具有超过5%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维;超过大约10重量%的至少一种聚合物质;和0.1重量%至40重量%的平均粒度为0.1至2.0微米的颗粒状无机物质。此类印刷基底可以是喷墨印刷基底和/或墙布介质。这样的方法包括混合具有超过5%的细小纤维的来自木质资源的纤维,所述细小纤维具有小于0.1毫米的平均长度;超过大约10重量%的至少一种聚合物质;和0.1重量%至40重量%的平均粒度为0.1至2.0微米的颗粒状无机物质;以便形成印刷基底。该聚合物质在湿部和/或经由施胶压榨施加来施加。
在本文中还描述了形成适印记录介质的方法;所述方法包括提供如本文中所述的印刷基底,并在所述基底的至少一面上涂布图像接收层。
聚合物质可以是含有第一聚合物质和第二聚合物质的聚合物体系。在一些实例中,第一聚合物质在湿部处加入,即直接加入到湿部中的纤维混合物上(湿部施加)。换言之,第一聚合物质可以在将纤维转化成纸幅或基底之前在纸浆悬浮液中混合到纤维共混物中。在其它一些实例中,第二聚合物质通过膜式施胶压榨、池式施胶压榨和/或其它表面处理技术与表面施胶剂一起添加到幅面化纸卷中(经由施胶压榨施加)。当经由施胶压榨施加与表面施胶剂一起施加时,该聚合物质可以任选是施胶溶液(内部和表面施胶组合物)的一部分。聚合物质可以是含有第一聚合物质和第二聚合物质的体系。因此,在一个方面,第一聚合物质在湿部处施加,第二聚合物质与表面施胶剂一起添加到幅面化纸卷中。在另一些其它实例中,该聚合物质在干部处并经由施胶压榨施加来施加。
印刷基底可以使用商业长网造纸机制造。在一些实例中,极低稠度(0.5%)纸浆浆料由流浆箱以1的浆网速比(jet-to-wire speed ratio)喷射。随后可以通过过滤、压榨或干燥除去水以连续形成纸基幅材。在一个方面,初始幅材经排水并通过大的辊以除去更多的水并确保半干纸幅的光滑度和均匀厚度。半干纸幅可以运行通过造纸机的蒸汽加热干燥器以除去残留的水并在基底复合幅材中实现大约4.5%的最终水分目标。
当存在图像接收层时,该图像接收层可以使用多种合适的涂布方法中的任意一种施加到支承基底上,如刮刀涂布、气刀涂布、计量杆涂布、帘幕涂布或其它合适的技术。在一些实例中,使用刮刀涂布、计量杆涂布或高速运行涂布工艺。对于双面涂布的介质,取决于造纸厂(mill)中的生产机器的设置,可以在单个制造道次期间涂布基底的两面,或者可以在单独道次中涂布各个面。在涂布步骤之后,可以对经涂布的介质施以干燥过程以除去涂层和基底中的水和其它挥发性组分。干燥装置包括但不限于红外(IR)干燥器、热表面辊和热空气漂浮干燥器。在涂布之后,可以将经涂布的介质压光以提高光泽度和/或提供缎面。当并入压光步骤时,经涂布的介质可以通过在线或离线压光机进行压光,压光机可以是软压光机(soft-nip calendar)或超级压光机。压光机中的辊可以加热或可以不加热,压力通常施加到压光辊上。在一些实例中,使用本领域已知的任何方法将图像接收层涂布到基础基底上,所述方法包括施胶压榨、狭缝模头、帘幕涂布、刮刀涂布和Meyer棒。施胶压榨包括槽式施胶压榨、膜式施胶压榨等。槽式施胶压榨可以经配置为具有水平、垂直或倾斜的辊。膜式施胶压榨可以包括计量系统,如门辊计量、刮刀计量、Meyer棒计量或狭缝计量。在一些实例中,具有短驻留刮刀计量的膜式施胶压榨可以用作涂布头以施加涂布溶液。在一些实例中,膜式施胶压榨用于向纸基底施加墨水接收层。图像接收层可以与造纸机在线或离线地施加到纸基底上。
然后可以使用压光过程实现所需光泽或表面光滑度。压光是通过在一对辊中形成的辊隙之间加压而使纸的表面平滑化的过程。所述辊可以是金属硬辊和被弹性覆面覆盖的软辊,如聚合物辊。弹性表面辊使其自身适应基底表面的轮廓并将基底的相对面均匀压向光面压辊。可以使用多种压光装置和方法中的任一种。压光装置可以是单独的超级压光机、在线压光单元、离线软压光机等。在一些实例中,在室温下进行压光。在一些实例中,在大约50至大约150℃(金属辊表面温度),在另一些实例中大约80至大约110℃的温度下进行压光。辊隙压力可以为大约50至大约500KN/cm2之间的任何值。
在一些实例中,尤其在用作墙布介质时,适印基底的背面(或非图像面)可以预先施加有粘合剂以便粘合到墙壁或其它表面上。在另一些实例中,适印基底可以使用市售粘合剂作为墙布施加到墙壁上。用于墙布的商业贴墙粘合剂的实例包括但不限于Pro-880Premium Clear Strippable、Pro-838Heavy Duty Clear、Pro-543Universal、ECO-888Strippable with Mildew Guard和Golden Harvest Wheat壁纸粘合剂,均来自RomanDecorating Products,IL,USA;Sure-128和Zinsser Sure-132壁纸粘合剂,均来自Rust-Corporation,USA;234、C-11、DEFENDER壁纸粘合剂,各自由Gardner-Gibson,FL,USA出售;来自AkzoNobelGroup of Companies,UK的Paste the Wall壁纸粘合剂;来自Ecofix AB,Sweden的ECOFIX粘合剂;和来自Henkel,Germany的Metylan和Solvite壁纸粘合剂。
本文中所述的适印基底可用于印刷方法中。该印刷方法包括获得印刷基底,其包含具有超过5%的细小纤维的来自木质资源的纤维,所述细小纤维具有小于0.1毫米的平均长度;超过大约10重量%的至少一种聚合物质;和0.1重量%至40重量%的平均粒度为0.1至2.0微米的颗粒状无机物质,并随后向所述适印基底上施加墨水组合物以形成印刷图像。所述印刷图像将具有例如提高的图像质量和图像持久性。本文中公开的适印基底可以用作家庭或商业用途、用于装饰或展示的墙布材料(例如壁纸)。该适印基底由此可以是适印墙布介质。该适印基底经特别设计以接收任何可喷墨印刷墨水,如有机溶剂基喷墨墨水或水基喷墨墨水。墨水组合物在该适印基底的图像面上或在墙布介质的图像面上形成图像。
可以使用任何合适的印刷装置在该适印基底上沉积、构建或印刷墨水组合物。在一些实例中,经由喷墨印刷技术将墨水组合物施加到适印基底上。可以经由连续喷墨印刷或经由按需滴墨式喷墨印刷(这包括热喷墨印刷和压电喷墨印刷)在该介质上沉积、构建或印刷墨水。用于在如本文中定义的适印基底或墙布介质上印刷的印刷机的代表性实例包括但不限于来自Hewlett-Packard Company的HP DesignJet印刷机:L25500、L26500和L65500;HP Scitex印刷机:LX600、LX800、LX850和TurboJet 8600UV。上面列举的印刷机所使用的代表性喷墨墨水包括但不限于HP 791、HP 792和HP Scitex TJ210。印刷机可以在标准壁纸配置中以生产印刷模式或正常印刷模式使用。印刷模式可以在彼此的大约50%至大约250%的范围内改变墨水施加。
可沉积、构建或以其它方式印刷在适印基底上的喷墨墨水的一些实例包括颜料基喷墨墨水、染料基喷墨墨水、着色胶乳基喷墨墨水和可UV固化的喷墨墨水。另外,该适印基底还经设计成在其上接收固体调色剂或液体调色剂。固体调色剂或液体调色剂可包括例如由聚合物载体和一种或多种颜料制成的调色剂粒子。液体调色剂可以是有机溶剂基(例如烃)液体调色剂。固体调色剂或液体调色剂可以分别使用合适的干压或液压技术,如干调色剂电子照相印刷装置或液体调色剂电子照相印刷装置沉积、构建或以其它方式印刷在适印基底的实例上。
在一些实例中,墨水组合物是喷墨墨水组合物并含有一种或多种为印刷信息提供所需颜色的着色剂。本文中所用的“着色剂”包括染料、颜料和/或可悬浮或溶解在墨水载体中的其它颗粒。着色剂可以以产生期望的对比度和可读性所需的量存在于墨水组合物中。在另一些实例中,墨水组合物包含颜料作为着色剂。可用的颜料包括自分散颜料和非自分散颜料。颜料可以是如本领域中公知的有机或无机粒子。本文中所用的“液体载体”被定义为包括用于将着色剂(包括颜料)带到基底上的任何液体组合物。
在另一些实例中,施加到印刷介质上的墨水组合物是含有胶乳组分的墨水组合物。胶乳组分是例如聚合物胶乳颗粒。因此,在一些实例中,墨水组合物含有占基于墨水组合物总重量计大约0.5重量%至大约15重量%的量的聚合物胶乳颗粒。聚合物胶乳在本文中是指分散在墨水的水性载体中的聚合物微粒的稳定分散体。聚合物胶乳可以是天然胶乳或合成胶乳。通常通过使用各种引发剂、表面活性剂和单体的乳液聚合来制造合成胶乳。在各种实例中,聚合物胶乳可以是阳离子型、阴离子型或两性聚合物胶乳。在一些实例中,该胶乳通过胶乳乳液聚合制备并具有大约10,000Mw至大约5,000,000Mw的重均分子量。聚合物胶乳可选自丙烯酸系聚合物或共聚物、乙酸乙烯酯聚合物或共聚物、聚酯聚合物或共聚物、偏二氯乙烯聚合物或共聚物、丁二烯聚合物或共聚物、苯乙烯-丁二烯聚合物或共聚物和丙烯腈-丁二烯聚合物或共聚物。该胶乳组分是聚合物胶乳液体悬浮液的形式。这样的聚合物胶乳液体悬浮液可含有液体(如水和/或其它液体)和具有大约20纳米至大约500纳米或大约100纳米至大约300纳米的粒度的聚合物胶乳颗粒。
实施例
实施例A-适印基底
实施例1(Exp.1):使用100份纤维混合物制造适印基底,所述纤维混合物包括在水中的大约22份软木漂白硫酸盐纸浆、65份硬木漂白硫酸盐纸浆和13份再生纤维与纸机损纸(machine broke)。软木和硬木硫酸盐纸浆均使用双盘磨浆机(double disc refiner)分别精制,并以上述比率与其它纤维混合。在该基底中包含大约20%至大约25%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维。具有少量带阳离子电荷的取代基团(以每100个葡萄糖单元大约1.5-5.5个阳离子基团的比率)的阳离子玉米淀粉(可获自Grain Processing Corporation的)用作细小纤维留着(retention)控制剂。阳离子淀粉的量为该印刷基底的0.3至0.8重量%。即使该淀粉具有大约750,000至2,500,000的高分子量;但还是以基于基底重量计,范围为适印基底的大约3至大约4.5%的剂量率,将具有阳离子聚丙烯酸系结构的另一种聚合物乳液(第一聚合物质)加入到纤维配料(finish)中,通过与纤维纸浆预混并随后加入到配料中以进一步提高纸张强度。将无机粒子的混合物加入到纤维配料中以获得大约13%的目标灰分含量(在线测得)(13重量%的粒度为大约0.3至大约0.5微米的无机粒子)。该无机粒子以10份对1.5份的重量比包含重质碳酸钙粉末和TiO2粉末。加入此类粒子以提高不透明度、亮度和白度。实施例1的适印介质基底具有155gsm的基重。使用商业长网造纸机制造适印介质基底。极低稠度(0.5%)纸浆浆料由流浆箱以1的浆网速比喷射,随后通过过滤、压榨和干燥除去水以连续形成纸基幅材。初始幅材经排水并通过大的辊以除去更多水并确保半干纸幅的光滑度和均匀厚度。该半干纸幅随后运行通过造纸机的蒸汽加热的干燥器以除去残留的水并在基底复合幅材中实现大约4.5%的最终水分目标。
在复合幅材干燥后,将幅材送至具有槽式(puddle)或杆式计量施胶压榨机的表面施胶站。将包含第二聚合物质(聚合物质阴离子聚丙烯酸系化学基胶乳)的表面施胶溶液施加在基底幅材的表面上并干燥。所施加的聚合物质的量(即第一和第二聚合物质的量)/基底的总重量列举在表1中。
表1
对比例2(Exp.2):使用100份纤维混合物制造适印介质基底,所述纤维混合物包括一起在水中的大约22份软木漂白硫酸盐纸浆、65份硬木漂白硫酸盐纸浆和13份再生纤维与纸机损纸。软木和硬木硫酸盐纸浆均使用双盘磨浆机分别精制,并以上述比率与其它纤维混合。在该基底中包含大约20%至大约25%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维。具有少量带阳离子电荷的取代基团(以每100个葡萄糖单元大约1.5-5.5个阳离子基团的比率)的阳离子玉米淀粉(可获自Grain Processing Corporation)用作细小纤维留着控制剂。阳离子淀粉的量为该印刷基底的0.3至0.8重量%。即使该淀粉具有大约750,000至2,500,000的高分子量,但还是以基于基底重量计,范围为适印基底的3-4.5%的剂量率,将具有阳离子聚丙烯酸系结构的另一种聚合物乳液(第一聚合物质)加入到纤维配料中,通过与纤维纸浆预混并随后加入到配料中以进一步提高纸张强度。
将无机粒子的混合物加入到纤维配料中以获得大约11.5%的目标灰分含量(在线测得)(11.5重量%的粒度为大约0.3至大约0.5微米的无机粒子)。该无机粒子以10份对1.5份的重量比包含重质碳酸钙粉末和TiO2粉末。实施例2的适印介质基底具有155gsm的基重。湿部中的制造程序与实施1中所述相同。在复合幅材干燥后,将幅材送至具有槽式或杆式计量施胶压榨机的表面施胶站。以适印基底的大约0.2至大约0.5重量%的量在幅材表面上施加常用的包含玉米淀粉的“表面施胶溶液”(由Penford Inc.提供的)、彩色染料和光学增白剂。对比例2的表面施胶组合物不含有任何第二聚合物质。
对比例3(Exp.3):Exp.3具有与实施例1相同的湿配料复合材料并在相同的制造条件下制得。但是,实施例3的介质不具有任何在湿部和/或表面施胶过程中施加的聚合物质;而是,以大约3gsm的量使用常见的乙基化玉米淀粉作为表面施胶剂。
对比例4(Exp.4):Exp.4具有与实施例1相似的湿配料复合材料并在相同的制造条件下制得。但是,实施例4的介质具有更高浓度的较大粒子,其含有大约5重量%的平均粒度为大约2至4.5微米的无机粒子。
实施例5(Exp.5):实施例5的适印介质基底具有155gsm的基重,具有与实施例1相似的湿配料复合材料并在相同的制造条件下制得。但是,实施例5的介质具有0.5重量%的TiO2。实施例5的介质的最终不透明度为92%。
对比例6(Exp.6):实施例6的适印介质基底具有与实施例1相似的制浆组成(100份纤维混合物,其包含一起在水中的大约22份软木漂白硫酸盐纸浆、65份硬木漂白硫酸盐纸浆和13份再生纤维与纸机损纸)。在该基底中包含小于5%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维。具有少量带阳离子电荷的取代基团(以每100个葡萄糖单元大约1.5-5.5个阳离子基团的比率)的阳离子玉米淀粉(可获自Grain Processing Corporation的)用作细小纤维留着控制剂。该阳离子淀粉基表面施胶的量为大约3gsm。将无机粒子的混合物加入到纤维配料中以获得大约11.5%的目标灰分含量(在线测得)(13重量%的粒度为大约0.3至大约0.5微米的无机粒子)。该无机粒子以10份对1.5份的重量比包含重质碳酸钙粉末和TiO2粉末。实施例6的适印介质基底具有155gsm的基重。湿部中的制造程序与实施例1中所述相同。在复合幅材干燥后,将幅材送至具有槽式或杆式计量施胶压榨机的表面施胶站。在基底幅材的表面上施加以15%的量负载有阴离子聚丙烯酸系胶乳的表面施胶溶液并干燥。
实施例B-适印记录介质
用图像接收层涂布实施例1-6中获得的基底。图像接收层的配方显示在下表2中。在高剪切混合机中制备图像接收层。混合后的最终固体含量为52%,通过Brookfield粘度计在100rpm下测得的粘度为180厘泊(cps)。将图像接收层通过多结构化涂层以20gsm的涂层重量施加到基底样品上。配备有Mayer棒涂施站的生产涂布机用于以湿罩干(wet-on-dry)次序涂布该涂层。在8米热空气干燥通道中以每分钟200米的总涂布速度来完成干燥。评价所获得的适印记录介质A至F的印刷图像质量和印刷图像耐久性。
适印记录介质I至VI使用配备有HP 792胶乳墨水的HP DesignJet L26500印刷机在110℃和100平方英尺/小时的速度下使用六色法印刷(10道次双向颜色配置)。这六种墨色各自以等百分率在各样品上产生图像。
表2
实施例C-基底和适印记录介质性能
机械强度性能-在撕裂强度、抗张强度和摩擦下的表面强度方面测量未印刷的介质基底1至6的机械强度(机械性质)。按照ASTM(American Society for Testing andMaterials)D751测量撕裂强度和抗张强度。这种测试方法测量在相反方向上拉伸样品时破坏样品所需的最大力。根据该测试方法,将样品和对比样品切成片,夹紧在钳口中并拉伸直到它们断裂。以克-力(gf)和/或磅/英寸(1b/inch)为单位报告结果。根据ASTM F793(擦洗试验)(如下文中详述)测量ASTM擦洗强度(Scrub Strength)。表3显示了未印刷的介质基底样品1至6的机械性质结果(在纵向(MD)和横向(CD)上)。这样的结果表明,含有聚合物质的未印刷的基底具有超越不含聚合物质的样品的优异的机械强度。
表3
擦洗性能-用可擦洗性试验测量印刷介质基底和对比印刷介质基底的擦洗性能。评价印刷介质的湿表面强度(擦洗试验)和基底刚度(Tabber试验)(基底的湿表面强度和干表面强度)。这些试验的结果显示在下表4中。还评价了介质基底的“刚度”(或硬度)。此类参数测量介质抵抗响应所施加的力的变形的程度。
通过使样品在具有直线前后运动的BYK磨损测定仪(来自BYK-Gardner USA,Columbus,MD)中暴露于尼龙硬毛刷和洗涤剂溶液(根据ASTM F793的第7.4.1节下的“Note1”制备)来进行根据ASTM F793的可擦洗性试验(擦洗强度试验),尝试磨损掉样品的图像面(在印刷表面上尼龙刷的1000次循环,用磷酸三钠基清洗溶液润湿)。在冲洗和干燥后评价样品。进行干Tabber试验以评价印刷样品在干燥条件下的表面损伤。对于该试验,将印刷样品放置在配备覆盖有摩擦布的尖端并载有规定重量(5千克)的“摩擦掉色测定器(crock-meter)”中。将该工具开启,摩擦布尖端以线性运动前后移动五个循环。随后移开摩擦布,并根据ASTM F793对样品进行目测排序。各测试项目根据1至5的等级给出评级得分,其中1表示最差性能,5表示最佳性能(根据ASTM F793的7.7.2中列出的指南和7.4.2中列出的视觉评级准则)。印刷表面中的任何“视觉差异”和损伤具有等于或低于3的得分。如果没有差异(没有损伤或非常轻微的损伤),则得分为4或5。
表4
评价印刷介质和对比印刷介质的印刷质量、图像耐久性和它们的耐沾污性。使用数字测量方法(72色域和光泽)和视觉评估方法来评价图像质量。结果显示在下表5中。
该测试方法涉及在所述印刷介质上印刷标准化诊断图像,随后使用分光光度计(如X-Rite i1/i0)和单角度光泽计(如BYK Gloss-meter)数字测量色域/色饱和度、渗墨、聚结、文字清晰度、墨水干燥时间和光泽度。在灯箱中在标准照明条件如D65(6500K)下,在已知距离和视角下对图像进行视觉评估。视觉评估的属性是色域、缺陷如聚结、斑驳纹理的区域填充均匀性。各测试项目根据1至5的等级给出评级得分,其中1表示最差性能,5表示最佳性能。根据ASTM F793方法(第7.5.1节)评估耐沾污性,其涉及在装饰性表面向上的情况下水平铺放试样。将12种试剂放置到该表面上,用表玻璃覆盖,随后在24小时后移除。视觉评定各污点。使用“沾污评分手册”以利于视觉分级,由此限定了1-5评级体系,其中1至3.5的等级被视为“未通过(FAIL)”,而4至5的等级被视为“通过(PASS)”。图像耐久性通过如上所述的ASTM F793中的耐擦洗性试验进行。还评估了介质样品的不透明度。然后根据1至5的等级(其中1表示最差性能,5表示最佳性能)对样品进行评级打分。不透明度使用TAPPI测试方法T425(采用反射测量)来测试。较高的不透明度值表示更难以透过纸张看到。
表5
评价印刷介质和对比印刷介质的表面光滑度和图像质量。印刷质量是聚结、干燥时间和渗色的视觉评估,其中1是最差等级,5是最佳等级。采用Hagerty光滑度测定仪(根据T-538om-96的Tappi方法)测量表面光滑度。该方法测量试样(在底面上由平板玻璃支撑)和从顶面压入样品中的两个加压的、同心环形台面之间的空气流。空气流的速率与纸张的表面粗糙度相关。该数值越高,表面越粗糙。单位为SU(Sheffield光滑度单位),该单位越小,光滑度越好。结果显示在下表6中。
基底样品 | 表面光滑度(Sheffield) | 总图像质量 |
实施例1-4 | 85 | 5 |
实施例4(对比) | 103 | 2-3 |
表6
评价印刷介质和对比介质的不透明度、墨水吸收、刚度和厚度(caliper)。结果显示在下表7中。墨水吸收通过Bristow轮设备(也称为Paprican动态吸收测定仪,型号LBA92,由Op Test Equipment Inc.制造)来测量。该试验设计为测量吸收到介质表面上的墨水流体量并使用下列公式进行计算:墨水吸收速率=墨水体积/(迹线长度×迹线宽度×接触时间)。理想地,墨水吸收速率应当尽可能快以便快速干燥,但同时仍具有良好的图像质量。以ml/m2×sec1/2为单位测量吸收速率。根据TAPPI T411用测量材料整体厚度的卡尺工具进行厚度测量。此类测量在报告中以单位“密尔(mil)”或“μm”来报告。使用TAPPI测试方法T425测试不透明度并以%为单位表示,数值越高,不透明度越好。具有低于95%的不透明度百分率的介质将具有不良的遮盖能力(遮盖例如墙壁缺陷的能力)。不透明度百分率高于95%的介质将具有良好的遮盖能力。
表7。
Claims (12)
1.印刷基底,包含:
a.具有超过5%的细小纤维的来自木质资源的纤维,所述细小纤维具有小于0.1毫米的平均长度;
b.超过10重量%的至少一种聚合物质;
c.和0.1重量%至40重量%的平均粒度为0.1至2.0微米的颗粒状无机物质,其中所述聚合物质是含有至少第一聚合物质和第二聚合物质的聚合物体系,其中所述第一聚合物质是阳离子聚丙烯酸系聚合物和所述第二聚合物质是阴离子聚丙烯酸系聚合物或交联PVA。
2.权利要求1的印刷基底,其中所述纤维具有至少10%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维。
3.权利要求1的印刷基底,其中所述纤维含有小于20%的平均长度为0.5至3.0毫米的纤维的含量并具有至少10%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维。
4.权利要求1的印刷基底,其中尺寸为0.1至2.0微米的颗粒状无机物质以所述印刷基底总重量的1重量%至25重量%的量存在。
5.权利要求1的印刷基底,其中所述颗粒状无机物质是二氧化钛和重质碳酸钙的组合。
6.权利要求1的印刷基底,其中所述聚合物质以所述印刷基底总重量的10至30重量%的量存在。
7.权利要求1的印刷基底,其中所述聚合物质具有104至107克/摩尔的分子量。
8.权利要求1的印刷基底,其中所述第一聚合物质以所述印刷基底总重量的0.5%至5%的量存在,并且所述第二聚合物质以所述印刷基底总重量的9%至30%的量存在。
9.权利要求1的印刷基底,其中将所述第一聚合物质混合到纤维的共混物中,所述第二聚合物质经由施胶压榨施加来施加到所述基底上。
10.适印记录介质,包含:
a.含有来自木质资源的纤维的基础基底,所述纤维具有超过5%的平均长度小于0.1毫米的细小纤维;超过10重量%的至少一种聚合物质;和平均粒度为0.1至2.0微米的颗粒状无机物质;
b.和施加到所述基底的至少一面上的含有填料和聚合物粘合剂的图像接收层,其中所述聚合物质是含有至少第一聚合物质和第二聚合物质的聚合物体系,其中所述第一聚合物质是阳离子聚丙烯酸系聚合物和所述第二聚合物质是阴离子聚丙烯酸系聚合物或交联PVA。
11.权利要求10的适印记录介质,其中所述图像接收层进一步包含胶乳成膜剂。
12.形成印刷基底的方法,包括混合具有超过5%的细小纤维的来自木质资源的纤维,所述细小纤维具有小于0.1毫米的平均长度;超过10重量%的至少一种聚合物质;和0.1重量%至40重量%的平均粒度为0.1至2.0微米的颗粒状无机物质;和形成纸卷,其中所述聚合物质在湿部处和/或经由施胶压榨施加来施加,其中所述聚合物质是含有至少第一聚合物质和第二聚合物质的聚合物体系,其中所述第一聚合物质是阳离子聚丙烯酸系聚合物和所述第二聚合物质是阴离子聚丙烯酸系聚合物或交联PVA。
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