CN109689392A - 可吸收喷墨的组合物及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于光泽纸基材的可吸收喷墨的组合物，其可包括聚合物粘合剂、多价盐、颜料、表面活性剂、消泡剂和水。该聚合物可为聚氨酯分散体。该多价盐可为氯化钙，水的含量可大于约40wt％。该可吸收喷墨的组合物的粘度可为约3cP至约500cP。

Description

可吸收喷墨的组合物及其方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年5月6日提交的美国临时专利申请62/332,957的优先权(代理人案卷号：X223A)。本申请引用上述美国专利申请的全文。
技术领域
本申请一般涉及喷墨印刷系统，更具体地涉及使喷墨印刷系统能够用于各种基材的可吸收喷墨的组合物。
背景技术
喷墨印刷系统通常包括一个或多个打印单元，并且每个打印单元具有一个或多个打印头。控制器控制打印头将流体(例如油墨或其他组合物)喷射到介质上。每个打印头包括喷嘴板，该喷嘴板包括多个孔(喷嘴)，通过这些孔可以控制从打印头内部喷射出来的油墨。
在印刷工业中，喷墨打印系统已经被应用于有限的商业印刷。现有的喷墨打印系统在某些吸收表面上不能达到胶版印刷系统的标准，例如书籍出版纸(包括磨木、不含磨木浆未涂布纸(uncoated free sheet)和不含磨木浆哑光涂布纸(matte coated freesheet))，以及有限吸收的表面，例如哑光基材(matte substrates)、光泽基材(glossysubstrates)或丝绸基材(silk substrates)。对于哑光基材和光泽基材，使用水性油墨有时会带来性能问题。因此，仍需要在这一技术领域作出进一步贡献。
发明概述
根据本申请的一个方面，用于光泽基材的可吸收喷墨的组合物包括聚合物粘合剂、多价盐、颜料、表面活性剂、消泡剂和水。所述聚合物为聚氨酯分散体。所述多价盐为氯化钙，并且所述水的含量大于约40wt％。该可吸收喷墨的组合物的粘度为约3cP至约500cP。
根据本申请的另一方面，用于哑光基材的可吸收喷墨的组合物包括：第一聚合物粘合剂、第二聚合物粘合剂、多价盐、第一颜料、第二颜料、表面活性剂、消泡剂和水。所述水的含量为约20wt％至约40wt％。所述第一聚合物粘合剂为聚氨酯分散体。所述第一颜料为胶体二氧化硅，所述第二颜料包含碳酸钙。该可吸收喷墨的组合物的粘度为约3cP至约500cP。
根据本申请的另一方面，一种印刷方法包括涂覆可吸收喷墨的组合物，该可吸收喷墨的组合物包含聚合物粘合剂、多价盐、颜料、表面活性剂、溶剂和水，其中该可吸收喷墨的组合物的涂覆量为每侧约0.2g/m2至约0.5g/m2，并且所述颜料为胶体二氧化硅或碳酸钙，将该可吸收喷墨的组合物加热，并将油墨喷射到该可吸收喷墨的组合物上。
基于以下发明详述，其他方面以及优势将是显而易见的。
发明详述
书籍出版中使用的主要基材类别是不含磨木浆哑光涂布纸、不含磨木浆胶版纸和未涂布磨木。哑光涂布纸和光泽涂布纸往往对喷墨油墨的吸收性差，会使表面出现坑洼和斑点，导致图像不均匀，进而导致干燥耐久性或防水性差。另外，吸收性能差会使干燥时间延长，导致油墨不均匀和精加工设备中的机械问题。磨木纸和不含磨木浆胶版纸往往是多孔的，使喷墨油墨能够渗入纸张，从而导致打印密度低和渗色(bleed)/透印(showthrough)。最后，哑光涂布纸和光泽涂布纸可能具有耐久性问题，特别是磨损(干摩擦)、防水(湿摩擦)和高亮度涂抹测试。
通常，胶版纸具有疏水涂层或不具有涂层，影响其吸收性。这种纸是采用传统的基于胶印的油墨印刷的，导致其光密度大于1.3ODU(使用反射密度计测量的光密度单位)，具有高耐久性和低透印/渗色。初步测试表明，典型的按需喷墨油墨在这些基材上(按原样，asreceived)印刷时，具有较低的OD、较小的耐摩擦性以及较高的透印。此外，由于干燥和吸收差，在较高的印刷速度下会出现大量的印刷斑点和高度不均匀。为了使这些纸张适用于书籍出版业，可吸收喷墨的涂层改善了其应用于这些基材上的性能以满足书籍出版商的需要。此外，该涂层应用到制造过程中必须是高效经济的。为了满足这一要求，选择了一种在喷墨印刷机上在线印刷的应用工艺。
在普通涂布胶版纸上的数字印刷通常图像质量较差，表现为油墨在纸张表面的坑洼和斑点。此外，这些涂布纸的吸收性差，斑点严重(由于在载体流体被去除之前颜料发生团聚)，干摩擦耐久性差，湿摩擦耐久性差，高亮涂抹性差，容易被机械设备弄脏或干扰。其根本原因是普通胶版纸不具有油墨吸收层，从而图像点容易在印刷过程中连接在一起，造成渗色和斑点。为防止油墨点混和、渗色，并且进一步提高光密度，在此过程中通过纸张预处理实现了快速凝固的方法。使颜料着色剂和乳胶带负电荷，可使其分散在油墨中。由于负电荷的斥力，各颜料颗粒分散良好，防止了其在油墨溶液中的团聚。当颜料油墨沉积在预涂布纸的表面时，会发生快速凝固。该可吸收喷墨的组合物的阳离子电荷控制并消除了负电荷颗粒之间的斥力。当与预涂层相互作用时，着色油墨会发生快速凝固，并防止点融合、斑点和渗色。因此，预涂层产生清晰的图像，并扩大了纸张上的色调范围。尽管预涂层会导致颜料碰撞，并在一定范围的印刷速度下产生清晰的印刷图像，但在高速印刷下的印刷耐久性仍然是一个问题。
典型配方的喷墨油墨含有润湿剂，以防止打印头喷嘴堵塞，减慢油墨在纸张上的干燥速度，尤其是在没有油墨吸收层的普通胶版纸上。使用可吸收喷墨的组合物(薄层的形式，可以描述为一种处理)可以在纸张表面提供吸收层，从而提高油墨干燥速度。优化涂层重量有助于将油墨中过量润湿剂的影响降到最低，降低干燥温度，提高效率，并防止较高印刷速度下打印成像固定退化导致的耐摩擦问题。使用典型的按需喷墨油墨以及在线预涂胶的胶版书印刷纸，使高色彩喷墨应用在标准胶版纸时表现出高性能。
本申请的可吸收喷墨的组合物的一个实施方案包括聚合物粘合剂、多价盐、溶剂、水和颜料。该可吸收喷墨的组合物的固形物的重量分数为约5％至约50％，并且颜料与聚合物的重量比为约2∶1至3∶1。
用于本申请的可吸收喷墨的组合物的合适的聚合物包括聚氨酯树脂乳液。合适的聚合物为由Mitsui Chemicals，Inc.(Tokyo，Japan)生产的W-635。W-635是一种聚氨酯分散体，其粒径相对较小，在约0.03微米至约0.1539微米之间。另一种由Mitsui Chemicals，Inc.生产的适用的溶剂为W-6355。W-6355是一种聚氨酯分散体，其粒径相对较小。W-6355和W-6355的主要区别在于W-635含有N-甲基吡咯烷酮(NMP)，而W-6355不含NMP。
独特的功能性助溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)非常适用于水性聚氨酯分散体(PUD)。在聚氨酯分散体生产过程中使用助溶剂通常是必要的，以使亲水二醇组分[例如二羟甲基丙酸(DMPA)]和更疏水的聚氨酯预聚物之间能够平稳反应。此外，在PUD生产阶段使用的助溶剂保留在体系中，并且随后当PUD作为涂层应用到基材上时会成为有用的聚结溶剂。暴露于NMP对健康带来的负面影响减少了NMP的使用。
另一种合适的聚合物是聚氨酯分散体，例如由宾夕法尼亚州费城的ChemturaCorp.出售的WitcobondTM W-214。另一种合适的聚合物是聚乙烯醇分散体，例如由Sekisuiof Japan出售的SelvolTM Polyvinyl Alcohol 21-205。另一种合适的聚合物是乙烯-乙酸乙烯酯分散体，例如由德国慕尼黑的Wacker Chemie AG出售的VinnapasTM 192。另一种合适的聚合物是乙烯-乙酸乙烯酯乳液，例如德克萨斯州欧文的Celanese，Inc.of Irving，Texas出售的Dur-o-Set Elite Plus。聚合物乳液如Dur-o-Set Elite Plus在加热时会表现出膜扩散现象。聚合物充当粘合剂而不是一旦涂覆和固化形成可吸收喷墨的层/处理后仍保持球形的颗粒。聚合物可以通过加热和/或水解自交联。聚合物也可以通过一种或多种交联剂或催化剂交联。
聚合物作为粘合剂，稳定打印介质上的可吸收喷墨的层中的颜料，提高最终产品的长期耐久性。即时耐久性是指当印刷介质在高速印刷机上快速移动而不转移到印刷机的元件上时，油墨组合物粘附在可吸收喷墨的层上的能力。可吸收喷墨的组合物中的聚合物的含量可以为约4wt％至约20wt％，优选约8wt％至约12wt％。
可吸收喷墨的组合物可包括多价金属的水溶性盐。水溶性在本文中定义为，在20℃下，至少有0.5g的盐能够溶解在100ml水中。更优选地，多价金属是阳离子，选自Mg+2、Ca+2、Ba+2、Zn+2和Al+3，最优选Ca+2或Mg+2与合适的反离子的组合。
配方中使用的多价盐可包括氯化钙、乙酸钙、硝酸钙、氯化镁、乙酸镁、硝酸镁、氯化钡、硝酸钡、氯化锌、硝酸锌、氯化铝、羟基氯化铝和硝酸铝。优选的盐为CaCl2、Ca(CH3CO2)2、MgCl2、Mg(CH3CO2)2、Ca(NO3)2或Mg(NO3)2，或者其组合。
颜料可以是改性的碳酸钙，例如Omyajet B6606HS，其是表面反应的天然研磨碳酸钙。可吸收喷墨的组合物中的碳酸钙颜料的含量可以为约1wt％至约20wt％，优选约5wt％。适用于可吸收喷墨表面处理的颜料的其它实例是Ludox CL-P，一种胶体二氧化硅，其具有约0.015微米至约0.029微米的窄颗粒范围，并且基本上是透明的。胶体二氧化硅颗粒可用于光泽基材和哑光基材，因为其颗粒带正电并粘附在带负电的纸颗粒上。可吸收喷墨的组合物中的胶体二氧化硅颜料的含量可以为约10wt％至约40wt％，优选约15wt％至约35wt％。
可以使用的其他颜料包括白色颜料(如二氧化钛)，遮光剂、粘合剂和喷墨印刷领域中已知的其他颜料。
可吸收喷墨的组合物中的固形物的重量分数小于约45％，优选为约20％至约42％。可吸收喷墨的组合物可包含约0.5％至约12％重量的聚合物粘合剂和约30干重％至约65干重％重量的多价盐。总颜料与总聚合物的比例可以为约1.5∶1至约7∶1，优选约2∶1至约4∶1。
本申请的可吸收喷墨的组合物可包含水作为溶剂。该组合物还可包含水溶性有机化合物作为共溶剂。合适的水溶性或可混溶的有机组分包括：甘油；醇类，如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇或叔丁醇；酰胺类，如二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺；羧酸类；酯类，如乙酸乙酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丙酯和碳酸亚乙酯；醚类，如2-丁氧基乙醇、四氢呋喃或二恶烷；二醇类，如丙二醇和二甘醇；二醇酯类；二醇醚类，如丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚；酮类，如丙酮、双丙酮或甲基乙基酮；内酰胺类，如N-异丙基己内酰胺或N-乙基戊内酰胺、2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮或N-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮；内酯类，如丁内酯；有机硫化物类；砜类，如二甲基砜；有机亚砜类，如二甲基亚砜或四亚甲基亚砜；及其衍生物和混合物。
可吸收喷墨的组合物中另外涉及的组分可包括溶剂、防腐剂(如Arch Biocides(Smyrna，GA)生产的GXL)、润湿剂(例如丙二醇)、杀菌剂、着色剂、聚合物、匀染剂、盐、无机化合物、有机化合物、水、粘度调节剂(如Dow Chemical Company(Midland，MI)生产的CRT30)、pH调节剂(如二乙醇胺或三乙醇胺)，和/或其任意组合。可吸收喷墨的组合物的可接受的pH范围优选为约2.0至约7.0，更优选为约3.0至约6.0，最优选约3.5至约5.0。
典型的按需喷墨油墨可含有乳胶聚合物，其提供更佳的与各种纸的结合能力。阳离子聚合物Dur-o-Set Elite Plus可作为可吸收涂层中的粘合剂使用。这种乙烯聚乙酸乙烯酯乳液是一种柔软的聚合物，可以在聚合物薄膜和纸涂层之间提供柔韧性和附着力，并且促进摩擦。聚合物粘合剂与作为油墨崩解剂的多价盐(CaCl2)结合。众所周知，带正电的材料可以作为基于颜料的油墨的崩解剂。这些带正电荷的材料包括可以引入纸涂层配方中的无机多价盐和有机阳离子聚合物。因此，通过使用这种阳离子涂层改性纸表面可以获得高图像质量的喷墨印刷品。另外，在涂层配方中使用碳酸钙可提高吸收油墨的能力。此外，由于Omyajet B6606HS(碳酸钙)具有较小的粒径(约1.3μm至约2.0μm)和较高的表面积(56m2/g)，它作为填料可使油墨颜料在纸中的孔隙率损失最小化从而改善光密度。包含在可吸收喷墨的配方中的其他添加剂通常用以帮助改变流体表面张力和控制发泡。此外，胶体或气相二氧化硅Ludox CL-P可提高图像质量和提供良好的附着力。该组分提供毛细管作用使油墨载体快速地远离纸表面并使色彩灿烂和油墨吸收均匀。
最后，尽管聚合物粘合剂在纸表面上提供了涂膜粘附，但过量的聚合物可能产生更厚的膜并阻止油墨从涂层渗透和吸收。这将减慢油墨干燥，导致印刷过程中出现弄脏和耐磨性问题。
可吸收喷墨的组合物具有粘度，这样可以使用各种涂布方法将该可吸收喷墨的组合物涂覆到基材上。该粘度可以为约3cP至约500cP，优选可以为约4cP至约400cP，最优选为约4cP至约90cP(使用Brookfield粘度计在25摄氏度，5rpm下测量)，尽管优选的粘度可能部分取决于所用印刷系统的要求。在另一个实施方案中，该粘度可以为约2cP至约50cP，优选可以为约3cP至约20cP，最优选为约4cP至约12cP(使用Brookfield粘度计在25摄氏度，5rpm下测量)。特别地，可以使用各种涂布方法涂覆该可吸收喷墨的组合物，包括网纹辊、柔性版印刷、反向凹版印刷、高速计量(high speed metering)和棒涂(rod coating)。
适用于可吸收喷墨的组合物的表面活性剂包括含有乙氧基化物的非离子表面活性剂。乙氧基化物表面活性剂包括脂肪醇和脂肪酸乙氧基化物。基于乙氧基化乙炔二醇的表面活性剂，例如Air Products的400系列表面活性剂：420、440、465和485。Air Products(Allentown，PA)生产的400系列表面活性剂是通过使不同量的环氧乙烷与一种在两个对称疏水基团的中间具有一个亲水部分的非离子分子，即2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇(Air 104)反应制备的，。
适合使用的基于乙氧基化醇的表面活性剂包括Air Products(Allentown，PA)生产的系列表面活性剂。乙氧基化醇是通过环氧乙烷与不同链长C9-C15的醇进行碱催化的缩合反应制备的。
提供上述表面张力性能的合适表面活性剂包括由硅氧烷、环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)组成的非离子化合物，例如可从Momentive Performance Products(Albany，NewYork)获得的Silwet Hydrostable 212，氟化非离子化合物，例如可从Croda IndustrialChemicals(East Yorkshire，England)获得的Multiwet VE-LQ-(AP)，等等。这些表面活性剂的量可以为组合物重量的约0.1％至3.0％，更优选小于1.0％。可吸收喷墨的组合物的合适表面张力优选为约20达因/厘米(dynes/cm)至约40达因/厘米，更优选为约25达因/厘米至约35达因/厘米，最优选为约27达因/厘米至约34达因/厘米。
适用于该可吸收喷墨的组合物的消泡剂包括非离子分子消泡剂，例如AirProducts(Allentown，PA)的DF系列消泡剂。其中一种合适的消泡剂是DF-110L。
在其他实施方案中，表面活性剂或表面改性剂可包括，例如，非离子表面活性剂，例如泊洛沙姆、乙氧基化乙炔二醇、乙氧基化醇或其他乙氧基化表面活性剂。任何类型的表面活性剂都可用在油墨组合物中以赋予其所需的性能，包括阴离子、非离子、阳离子或其它类型的表面活性剂。此外，匀染剂也可以作为表面改性剂，其量可高达组合物重量的约2.5％。
在一个实施方案中，可以将可吸收喷墨的组合物涂覆到基材上并使用红外光在烘道中加热。当红外光将可吸收喷墨的组合物中的溶剂/载体加热至大于100摄氏度并除去水和其他溶剂使可吸收喷墨的处理固化时，基材被加热至约130华氏度。在另一个实施方案中，可以将油墨组合物印刷到基材上并通过压板加热。可以将压板加热至约100摄氏度或可以从可吸收喷墨的组合物中除去水载体并固化预涂层的温度。
与在固化之前通过印刷多个层来获得适当厚度的油墨层不同，可吸收喷墨的组合物可以通过使用柔性版印刷系统设置为约0.07微米至约0.5微米的单个薄层。可吸收喷墨的组合物可以在约0.2g/m2至约1.5g/m2的范围内涂覆在纸基材上。优选地，可吸收喷墨的组合物可以在约1.0g/m2至约1.5g/m2的范围内涂覆在哑光基材上，并且可吸收喷墨的涂层可以在约0.2g/m2至约1.0g/m2的范围内涂覆在光泽基材上。
以下实施例进一步阐述本申请，但不应解释为以任何方式限制本申请的范围。
通常使用胶印方法印刷光泽纸，包括Opus Gloss，Verso Influence，OrionGloss，Somerset Gloss和Sterling Gloss(均为80％重量)。第一种示例性的可吸收喷墨的组合物，配方A，包含：
表1A：用于光泽纸的可吸收喷墨的涂层配方A
配方A 量 固形物 总固体
分量 ％wt. ％wt.
Mitsui Takelac W-635 9 33 2.97
无水CaCl<sub>2</sub> 11 97 10.67
Ludox CL-P 30 40 12.00
Surfynol 465 0.8 100 0.80
Surfynol DF-110L 0.5 100 0.50
去离子水 <u>48.7</u>
总计 100 26.94
使用不同的聚合物粘合剂、多价盐含量、颜料含量、表面活性剂和总固体测试有光泽的可吸收喷墨的组合物。配方A包括聚氨酯分散体，W-635。配方B-N包括聚氨酯(W-6355和WitcobondTM W-214)和聚乙烯醇(SelvolTM 21-205)。配方O-P包括聚氨酯分散体，W-6355。
表1B：用于光泽纸的可吸收喷墨的涂层配方B-N
表1C：用于光泽纸的可吸收喷墨的涂层配方O和P
配方 O P
分量 ％wt. ％wt.
Mitsui Takelac W-6355 9 8
无水CaCl<sub>2</sub> 12 10
Ludox CL-P 30 20
Surfynol 465 0.8 0.8
Surfynol DF-110L 0.5 0.5
去离子水 <u>47.7</u> <u>60.7</u>
总计 100
粘度(cP) 85 5
常用于图书出版的纸，在使用喷墨印刷时通常由未涂布磨木和不含磨木浆哑光涂布纸组成，并且对该纸进行预涂布。随着对这些基材进行可吸收喷墨的处理和典型的按需喷墨油墨的使用，印刷质量显著提高，在图像质量、彩色镀铬和印刷可重复性方面接近传统胶版印刷。此外，由于油墨和涂层作为一个系统被开发和优化，其耐久性非常好。因此，这种在线涂布和数字印刷的概念可以推广到数字图书的生产中，并且具有改变商业书籍印刷经济学的巨大潜力。
在实施例I-XI中。以下原料以原样使用，无需任何进一步处理或纯化。聚乙烯乙酸乙烯酯聚合物(Dur-o-Set Elite Plus，50％固体)购自Celanese，Inc.；胶体二氧化硅颜料(Ludox CL-P)购自Grace Davison；碳酸钙颜料(Omyajet B6606HS，38％固体)购自Omya，Inc.；无水氯化钙(97-100％固体)和异丙醇购自Riverside Chemical Co.；消泡剂DF110L和表面活性剂(Surfynol 465)购自Air Products&Chemicals；消泡剂(BYK 094)购自BYK，Inc.。
用于本发明的可吸收喷墨的组合物按照以下配方来制备：
表2A：书籍出版纸可吸收喷墨的涂层配方
表2B：用于哑光纸的可吸收喷墨的涂层配方c-10
选取北美和欧洲地区的一组图书出版纸(共6)作为初始目标重点进行测试。选取的北美和欧洲胶版书籍出版纸包括：Verso，New Era Offset matte，45基重；Verso，Sterling Ultra Matte，70基重；UPM Silk Matte，45基重；Verso Escanaba Text Matte，45基重；Resolute,Resolute Book，40基重；和Verso Publishers Matte，50基重。
使用网纹辊涂布单元研究各种涂层配方和纸基材的在线涂布方法。这项工作的目的是确保可吸收喷墨的涂层与油墨之间能够恰当地相互作用，从而减少颜料斑点或聚结，并提高整体图像质量和耐久性。可以使用各种涂布方法涂覆该可吸收喷墨的组合物，例如网纹辊、柔版印刷、反向凹版印刷、高速计量、棒涂和本领域已知的其他涂布方法。
具体地，测量以下初步图像质量和耐久性性质：光密度(OD)、干摩擦、高亮涂抹、斑点和透印。最新的数据显示，当采用在线涂布和喷墨印刷方法时，表2中所示的涂层配方在所选择的书籍出版纸上展现了优异的印刷性能。
根据表2中列出的配方，在100L容器中搅拌制备各种涂层流体。使用具有4～6BCM(数十亿立方微米/平方英寸)网纹辊的预涂机将该涂层流体涂布到上述的纸上。涂布之后，涂布纸经IR干燥系统干燥，然后使用典型的按需喷墨油墨以不同的速度(150fpm和350fpm)印刷。评价印刷样品的OD、斑点、透印/渗色、高亮涂抹和干摩擦。光密度通过X-Rite光密度计测量，并以ODU(光密度单位)表示。斑点和透印通过QEAPIAS-II数字显微镜测量。耐干摩擦性通过改进的Crock Meter使用橡胶尖端测试，并在印刷后约一分钟进行十五次笔触。在印刷24小时后测量耐高亮性能，包括在印刷的黑色文本上涂抹所选的高亮笔五次。评估中用到以下品牌的高亮笔：Sharpie，Staples和Avery Marque。
最初，通过离线涂布方法将预涂层配方I涂布在胶版纸(New Era Matte，UltraSterling Matte和UPM Silk Matte)上。这些离线涂布纸在使用典型的按需喷墨的高速连续喷墨印刷机上进行测试。结果表明，这些预涂布纸具有良好的印刷质量，在典型的在线连续高速书籍自动装订过程(如Muller-Martini装订过程)中没有出现问题。然而，由于Muller-Martini图书签名折叠区域的机械作用，预涂的New Era Matte纸显示出表面划痕。这表明涂层配方I在较高的印刷速度下没有提供足够的初始耐久性(干摩擦)。采用离线涂布工艺将这些其他涂层配方涂覆到New Era纸上。在涂布完纸后，喷射典型的按需喷墨油墨，并在大约一分钟后使用改进的Crock Meter测试干摩擦。结果如表3所示。
New Era Matte纸经这些涂层配方涂布后，然后用典型的按需滴墨油墨在150和350fpm的印刷速度和150华氏度的干燥器条件下喷墨印刷。干摩擦的结果表明配方II比配方I差，并且配方III和配方IV相比于配方I有一定的改善。具体地，在150fpm的印刷条件和150华氏度的干燥器温度下，配方IV对于单独的印刷颜色(C，M，Y)和间色组合(红色，绿色和紫色)的干摩擦结果是可接受的。然而，当印刷速度增加到350fpm并且干燥器温度保持在150华氏度时，紫色(红色和绿色均是可接受的)的干摩擦表现较差。与配方IV相比，将聚合物的百分含量降至6.4％(固体3.2％)，配方V在350fpm转速/烘干机150华氏度条件下对间色紫色的耐摩擦性能显著改善。与配方V相比，将碳酸钙的百分含量从20％(7.6％固体)增加到27％(10.26％固体)，配方VI的干摩擦减少。与配方V相比，进一步将聚合物含量从6.4％(3.2％固体)降低到3.2％(1.6％固体)，配方VII在间色组合色紫色上的干摩擦退化并且开始出现外部起毛(picking)。然而，当干燥器温度提高到约170华氏度至约180华氏度，印刷速度为350fpm时，在纸上涂布配方VII可以显著改善耐摩擦性能。将配方中的氯化钙含量由18％降至15％，配方VIII、配方IX在紫色组合色的干摩擦性能方面没有改善。此外，在较高的打印速度下，这两个配方开始出现一些流行色渗色和过度起毛。
表3：New Era Offset哑光纸在350fpm和干燥器150°F条件下的耐久性评估
基于New Era纸的离线涂布的结果，选择涂层配方V，采用在线预涂布方法和典型的按需喷墨印刷方法测试其在各种书籍出版纸上的效果。评价结果如表4所示。
表4：所选书籍纸经预涂层配方V在350fpm和150F干燥条件下涂布后的图像质量和耐久性
在IJ处理纸(Finch和Appleton)上采用典型的按需喷墨油墨的黑色光密度(OD)分别为1.37和1.5。对于预涂布的New Era，Sterling Ultra，UPM Silk，Escanaba Text和Publishers Matte，其黑色OD为1.48～1.55。对于磨木Resolute Book纸，黑色OD为1.32。此外，当使用典型的按需喷墨油墨时，相比于当前的Finch和Appleton喷墨处理纸，这些预涂布哑光纸上的原色(CMY)的OD更高。此外，与没有预涂层的哑光纸相比，预涂布哑光纸的图像质量、斑点和透印得到显著改善。基于QEA分析，与目前的Finch IJ 45#和AppletonUtopia IJ 45#纸相比，成像质量和斑点得到改善。对于高亮笔涂抹测试(五次笔触)，IJ处理的纸和预涂布哑光纸均未发现问题。另一方面，与预涂布哑光纸相比，Finch和Appleton纸上的蓝色(100％青色/100％品红色)的干摩擦测试表现出更好的性能。尽管如此，预涂布纸确实显示出比预涂布之前的基纸有显著的改进。
干摩擦性能在150fpm(150华氏度干燥器条件下)下在单色CMY和组合色RGP上表现出可接受的水平。然而，当速度增加到350fpm速度(150华氏度干燥器条件)时，干摩擦测试的结果显示配方II的效果比配方I差，配方III和IV相比配方I显示出较小的改善(参见表3)。利用改进的Crock Meter装置对干摩擦性能进行半定量测量。在使用Crock Meter摩擦之后，纸上的残留图像反映了其在干摩擦剪切力作用下的耐久性程度。配方V显示出其对于紫色的干摩擦性能得到改善。将配方V与配方VI进行比较，配方VI在紫色上的干摩擦变差，并在组合色上开始出现起毛。结果表明，配方中碳酸钙的含量与预涂布干摩擦性能有关。虽然两种配方中聚合物含量相同，但碳酸钙含量从20％(7.6％固体)增加到27％(10.26％固体)可使干摩擦变差。过量的碳酸钙可能有助于油墨的吸收，但是这种填料颗粒不能很好地粘合在纸张上并且由于相对较高的颜料/粘合剂比率而导致起毛。此外这在印刷过程中也易于撒粉。在配方VII、VIII、IX中，聚合物含量进一步降低至3.2％重量(1.6％固体)，结果显示起毛问题变得更糟。另一方面，在相同的印刷速度350fpm下，配方VII在170-180华氏度下比150华氏度干燥器条件下显示出更好的干摩擦性能。这表明干燥器效率也在印刷耐久性中起重要作用。更好的干燥效率肯定有助于加快印刷成像固定。此外，在配方VIII和IX中，成像区域周围有一丝斑点和渗色。显然，将氯化钙量减少到15％以接近于撞击电荷的基本临界水平。继续减少氯化钙将导致涂层缺乏足够的电荷以使颜料快速凝固并导致印刷中出现更多的斑点和渗色。通常，提高打印速度会使这些问题在斑点和渗色性能上表现更差。由于打印速度的提高，与较低的打印速度相比，油墨的撞击时间和速度受到负面影响。因此，通常情况下，相同的图像在低速打印下相比高打印速度显示出更好的质量。
将配方V应用于各种图书出版纸上，采用在线预涂布和喷墨印刷工艺进行印刷。结果如表4所示。紫色的干摩擦在所有的纸上表现为适当(fair)至优(excellent)。由于在各种纸上与涂层相似的相互作用，油墨的干燥和抗摩擦性表现出不同的等级。总的来说，当前IJ处理过的Finch和Appleton纸的干摩擦在即时印后性能上优于预涂布哑光纸。然而，印刷后延迟半小时评估，结果显示预涂布哑光纸的干摩擦性能表现得与Finch和Appleton纸一样好。此外，由于未涂布磨木纸的油墨吸收率和孔隙率较高，因此Resolute Book(一种磨木纸)表现出优异的油墨干摩擦。通常，纸(例如，证券纸或磨木)的表面粗糙度和孔隙率会促进涂层粘附和使油墨吸收更好。此外，没有可吸收喷墨的处理，像Resolute Book(即磨木纸)的纸表现出更差的油墨显示性能。有些斑点是由于在混合色上不均匀的快速油墨吸收造成的。如果在Resolute Book基材上的印刷是单色的，则透印是可以接受的。然而，如果在Resolute Book上使用三原色印刷工艺，则需要在涂层中添加更多的填充剂，以减少透印和斑点。所有纸张在高亮涂抹上均不存在问题。事实上，所有预涂布纸成像均显示出好至优的质量，甚至优于Finch和Appleton。预涂布哑光纸的所有光密度均等于或甚至高于IJ处理的Finch和Appleton。总体而言，哑光配方的图像质量和印刷耐久性显示出优异且接近胶印的印刷质量。
表5：所选的光泽预涂布配方B-N的图像质量和耐久性
配方 B C D E F G H I J K L M N
耐摩擦 适当 适当 适当 好 好 好 好 好 好 好 适当 适当 好
质量(100fpm) 好 好 好 好 好 好 好 好 好 好 好 好 好
质量(350fpm) 好 好 好 好 好 好 好 好 好 好 斑点 适当-好 少量斑点
光泽配方B-K显示出好的质量。随着多价盐含量的降低，印刷质量受到影响，如L-N配方所示。
表6：在75°时可吸收喷墨的处理配方B-N在光泽纸上的光泽度
配方 B C D E F G H I J K L M N
Opus Gloss #80 超过70 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过70
Verso Influ.#80 超过70 超过60 超过60 超60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过70
Onon Gloss #80 超过70 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过70
Somerset Gloss #80 超过70 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过70
Sterling Gloss #80 超过70 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过60 超60 超过60 超过60 超过60 超过60 超过70
配方B-N在选定的光泽纸上显示出可接受的光泽度，见表6。总的来说，光泽配方的图像质量和印刷耐久性都表现出优异且接近胶印的质量。
工业适用性
除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则，本发明中(包括权利要求书中)“一”的使用应解释为包括一个和多个。除非本文另有说明，否则，本文中数值范围的列举仅是对该范围内的每个点值进行简要表述的一种方式，且意味着该范围内的每个点值均并入本说明书中，如同其在本文中一一列举。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则，本文所述的所有方法可以任何合适的顺序进行。除非另有声明，否则，本文中，任何和所有示例或示例性语言(如“例如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明，而不对本发明的范围构成限制。说明书中的语言不应被解释为任何未要求保护的技术特征对于实施本发明是必要的。鉴于上文的描述，对本发明做出的许多修改对于本领域技术人员将是显而易见的。应当理解的是，本文中的实施例仅仅是示例性的，并且不应被视为限制本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于光泽纸基材的可吸收喷墨的组合物，其包括：
聚合物粘合剂，该聚合物包含聚氨酯分散体；
多价盐，该多价盐包含氯化钙；
颜料；
表面活性剂；
消泡剂；和
含量大于约40wt％的水，其中，该可吸收喷墨的组合物可通过柔性版印刷系统用于基材上。
2.如权利要求1所述的可吸收喷墨的组合物，其中所述的颜料包含胶体二氧化硅。
3.如权利要求1所述的可吸收喷墨的组合物，其中所述的聚氨酯分散体的含量为约5wt％至约15wt％。
4.如权利要求1所述的可吸收喷墨的组合物，其中所述的颜料的含量为约10wt％至约40wt％。
5.如权利要求1所述的可吸收喷墨的组合物，其中所述的表面活性剂的含量为约0.5wt％至约1.5wt％。
6.如权利要求1所述的可吸收喷墨的组合物，其中所述的水的含量为约40wt％至约65wt％。
7.如权利要求1所述的可吸收喷墨的组合物，其中所述的颜料的含量wt％与所述的聚合物粘合剂的含量wt％之比为约2:1至约4:1。
8.如权利要求1所述的可吸收喷墨的组合物，其中其粘度为约4cp至约12cp，并且其中所述的聚氨酯分散体不包含N-甲基-吡咯烷酮。
9.一种用于哑光基材的可吸收喷墨的组合物，其包括：
第一聚合物粘合剂，其中该第一聚合物粘合剂为聚氨酯分散体；
第二聚合物粘合剂；
多价盐；
第一颜料，该第一颜料包含胶体二氧化硅；
第二颜料，该第二颜料包含碳酸钙；
表面活性剂；
消泡剂；和
含量为约20wt％至约40wt％的水，其中该可吸收喷墨的组合物可通过柔性版印刷系统用于基材上。
10.如权利要求9所述的可吸收喷墨的组合物，其中所述的第一聚合物粘合剂的含量为约5wt％至约20wt％。
11.如权利要求9所述的可吸收喷墨的组合物，其中所述的第二聚合物粘合剂包含乙烯-乙酸乙烯酯。
12.如权利要求9所述的可吸收喷墨的组合物，其中所述的第二聚合物的含量为约1wt％至约10wt％。
13.如权利要求9所述的可吸收喷墨的组合物，其中所述的第一颜料的含量为约10wt％至约40wt％。
14.如权利要求9所述的可吸收喷墨的组合物，其中所述的第一颜料和第二颜料的组合含量wt％与所述的第一聚合物粘合剂和第二聚合物粘合剂的组合含量wt％之比为约2:1至约4:1。
15.如权利要求9所述的可吸收喷墨的组合物，其中其粘度为约4cp至约12cp，并且其中所述的聚氨酯分散体不包含N-甲基-吡咯烷酮。
16.一种印刷方法，包括：
将可吸收喷墨的组合物应用于基材上，所述的可吸收喷墨的组合物包含聚合物粘合剂、多价盐、颜料、表面活性剂、溶剂和水，其中所述的可吸收喷墨的组合物的用量为约0.2g/m2至约1.5g/m2，所述的颜料为胶体二氧化硅或碳酸钙；
将所述的可吸收喷墨的组合物加热；和
将油墨喷射到所述的可吸收喷墨的组合物上。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述的加热步骤包括将所述的基材通过红外线干燥系统。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述的可吸收喷墨的组合物进一步包含第二颜料。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述的应用步骤包括使用柔性版印刷系统将所述的可吸收喷墨的组合物用于所述的基材上，其中所述的基材为纸幅。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述的可吸收喷墨的组合物的用量为约0.5g/m2至约1.0g/m2。
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