CN112166161A

CN112166161A - 用于处理基材并改进图像与处理过的基材的粘合性的组合物及方法

Info

Publication number: CN112166161A
Application number: CN201980035328.8A
Authority: CN
Inventors: D·F·瓦奈尔
Original assignee: Solenis Technologies LP USA
Current assignee: Solenis Technologies LP USA
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: CN112166161B; US10613449B2; EP3775074A1; BR112020019764A2; US20190302636A1; CA3095444A1; EP3775074A4; WO2019191289A1; TWI820108B; KR20200139727A; TW202003694A; RU2020135028A

Abstract

本文提供了一种处理基材的方法。该方法包括提供基材并将组合物施加到所述基材上以形成处理过的基材。该组合物包含粘合剂、粘合剂添加剂和铝盐。本文还提供了一种改善图像对处理过的基材的粘附性的方法。该方法包括提供基材、将组合物施加到基材上以形成处理过的基材，以及将液体墨粉施加到处理过的基材上以在处理过的基材上形成图像。本文还提供了印刷的材料，其显示出图像对处理过的基材具有改进的粘附性。所述印刷材料包括处理过的基材。处理后的基材包括基材和置于基材且由组合物形成的涂层。所述印刷材料还包括置于处理过的基材上并由液体墨粉形成的图像。

Description

用于处理基材并改进图像与处理过的基材的粘合性的组合物及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月29日提交的美国申请号15/940,659的优先权，其全部内容在此整体引用作为参考。

技术领域

本公开总体上涉及用于处理基材并用于改进图像与处理过的基材的粘合性的组合物和方法，并且更具体涉及用于处理基材并改进图像与处理过的基材的粘合性的利用铝盐的系统和方法。

背景技术

液体电子照相(LEP)印刷使用液体油墨以在基材上进行印刷，而不是使用干燥的粉末状墨粉(toner)。LEP打印机的常见示例为

digital Indigo^TM印刷机。LEP打印中使用的液体油墨中的墨粉颗粒足够小，使得LEP打印的图像不掩盖例如纸质基材的下层表面粗糙度/光泽度。在LEP印刷中使用的液体油墨(在本文中也称为“油墨”、“液体墨粉”或“LEP油墨”)为在非水液体中约1-2微米的小的颜料颗粒的悬浮液。

是用于液体电子照相印刷的常用液体油墨。LEP打印认为可以以较快的速度提供某些最佳的数字打印质量的图像。

然而，已经发现，LEP印刷的图像不会如同使用干燥墨粉工艺的电子翻印印刷方法印刷的图像那样粘附到基材上。尽管已将常规组合物施用于基材上以尝试改进由液体墨粉形成的图像的粘附性，但是由于：(1)取决于用作基材的纸张的等级，粘附性能的不一致和(2)不论纸张的等级，从LEP打印而打印的图像获得接近完美(100％)粘附性的难度，因此需要进一步改进，其中所述粘附性通过HP标准程序进行测试。

因此，期望提供用于处理基材并用于改善图像对处理过的基材的粘附性的系统和方法。此外，结合附图以及前述技术领域和背景技术，其他期望的特征和特性将由随后的概述和详细说明以及所附权利要求而变得显而易见。

概述

本文公开了用于处理基材以及用于改善图像对经处理的基材的粘附性的组合物的多种非限制性的实施方案，以及用于其的系统和方法的多种非限制性的实施方案。

在一个非限制性的实施方案中，本文提供了用于处理基材的方法。该方法包括但并不限于提供基材。该方法还包括但并不限于将组合物施加到基材上以形成处理的基材。所述组合物包括但并不限于粘合剂、粘合剂添加剂和铝盐。

在另一个非限制性的实施方案中，本文提供了用于改善图像对处理过的基材的粘附性的方法。该方法包括但并不限于提供基材。该方法还包括但并不限于将组合物施加到基材上以形成处理的底底。该方法还包括但并不限于将液体墨粉施加到处理过的基材上以在处理过的基材上形成图像。

在另一个非限制性的实施方案中，本文提供了图像对处理过的基材具有改进的粘附性的印刷材料。所述印刷材料包括但并不限于处理过的基材。所述处理的基材包括但并不限于基材和置于所述基材上且由组合物形成的涂层。所述印刷材料还包括但并不限于置于处理过的基材上且由液体墨粉形成的图像。

发明详述

以下说明书本质上仅是示例性的，并且并不意欲限制本文所描述的系统和方法。此外，并不意欲受到在先前背景技术或以下说明书中提出的任何理论的约束。

本文提供了用于处理基材和/或改善液体墨粉对基材的粘附性的组合物和方法。在实施方案中，本文提供了一种利用液体电子照相印刷(LEP印刷)来改善由液体墨粉形成的图像的粘附性的方法。如本文所用，“液体电子照相印刷”可以与“LEP印刷”、“使用液体墨粉颗粒的电子翻印”或“使用液体墨粉颗粒的静电印刷”互换使用；所有这些都例如包括

digital Indigo^TM印刷机和工艺。此外，如本文中所用，液体电子照相印刷并不涉及或涵盖称为平版印刷的胶版印刷方法，其在Alex Glassman,Printing Fundamentals,TAPPIPress,1985中进行了更详细的讨论，该文献在此整体引入。

改善液体墨粉对基材的粘附性的组合物包括粘合剂、粘合剂添加剂和铝盐。所述组合物是水基的。用于改善图像对处理后的基材的粘附性的方法包括以下步骤：提供基材，将组合物施加于基材上以形成处理过的基材，以及将液体墨粉施加至处理过的基材以在处理过的基材上形成图像。在实施方案中，液体墨粉包括颜料或含颜料的颗粒在非水液体中的悬浮液。利用液体电子照相印刷而将液体墨粉施加到处理过的基材上。

在某些实施方案中，所述粘合剂包括水溶性羟基-官能的聚合物。所述粘合剂可以包括聚乙烯醇、淀粉，例如氧化淀粉、阳离子化的淀粉、乙基化淀粉、酯化淀粉和酶促变性淀粉、明胶、酪蛋白、蛋白质(例如大豆蛋白质)、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、丙烯酸系乳液、乙酸乙烯酯乳液、偏二氯乙烯乳液、聚酯乳液、苯乙烯-丁二烯乳液、丙烯腈-丁二烯胶乳或其组合。应理解的是，可以使用本领域中已知的用于处理基材的任何粘合剂，只要该粘合剂适用于进行处理的施加方法即可。在某些实施方案中，所述粘合剂包括淀粉，并且所述淀粉可以选自氧化淀粉、阳离子化淀粉、乙基化淀粉、酯化淀粉、酶促变性淀粉及它们的组合。所述组合物可以包括的粘合剂的量基于组合物的总重量为约3至约50重量％，或者约3至约18重量％，或者约6至约18重量％，或者约6至12重量％。然而，更重要的是该组合物的粘度适合通过所选择的方法进行施用，并且其提供了期望的组合物的施加水平。此外，所述粘合剂、粘合剂添加剂和铝盐的比例比任何一种组分的单独浓度更为重要。这些比例在下面列出。

所述粘合剂添加剂可包括聚合物(以下称为“粘合剂添加剂聚合物”)，粘合剂添加剂聚合物包括至少一种重复单元。除非本文另外指明，否则本文所用的术语“聚合物”是指包括一种或多种不同单体单元的聚合物，其可以例如包括共聚物和三元共聚物。在实施方案中，重复单元具有局部的强的带负电的偶极子(dipole)(例如羰基)，而没有强的带正电的偶极子。如本文所用，“局部强的、带负电荷的偶极子”是指在重复单元的结构中存在官能团，例如羧基，并且本文中的“强”定义为具有大于2达因的局部偶极矩，其中已知羰基具有约2.4达因的偶极矩，该局部偶极子是由键合在一起的原子的电负性差异而引起。这里，“没有强的带正电的偶极子”是指不存在偶极子大于0.8达因的局部偶极子(例如来自羟基)。所述重复单元可以包括但并不限于羰基。

在实施方案中，至少一个重复单元包括叔酰胺基。与叔酰胺基团的氮原子键合的至少一个碳原子可以具有两个或三个与之键合的氢原子，并且叔酰胺基团的羰基可以与–CH、–CH2或–CH3基团键合。在某些实施方案中，粘合剂添加剂聚合物的至少一个重复单元由选自乙烯基吡咯烷酮、含噁唑啉的单体、N-乙烯基哌啶酮、N-乙烯基己内酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺和其组合的单体而形成。在示例性的实施方案中，粘合剂添加剂聚合物的至少一个重复单元由选自2-乙基-2-噁唑啉、2-甲基-2-噁唑啉及它们的组合的单体形成。

所述粘合剂添加剂聚合物可以是均聚物。在某些实施方案中，所述粘合剂添加剂可包括聚(2-乙基-2-噁唑啉)、聚(2-甲基-2-噁唑啉)或其组合。在其他实施方案中，所述粘合剂添加剂可以包括聚乙烯吡咯烷酮。

所述粘合剂添加剂聚合物可以另外由一种或多种非离子单体形成。例如，所述粘合剂添加剂聚合物可以由(i)一种或多种选自乙烯基吡咯烷酮、含噁唑啉的单体、N-乙烯基哌啶酮、N-乙烯基己内酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺或其组合的单体以及(ii)一种或多种非离子单体形成。本文所用的术语“非离子单体”是在使用条件下不具有阴离子或阳离子官能团的术语。在使用条件下具有阴离子或阳离子官能团的单体的实例包括但并不限于丙烯酸、甲基丙烯酸和含季胺的单体。

所述粘合剂添加剂聚合物可以另外由一种或多种不会与其自身强烈导致氢键合的单体而形成，无论是与同一聚合物链中的其自身还是与粘合剂添加剂的其它聚合物链的其自身。换句话说，所述粘合剂添加剂可以基本上不含能够导致粘合剂添加剂聚合物具有强的自缔合度的单体。如本文所用，术语“基本上不含”是关于能够导致强的自缔合度的单体，是指该粘合剂添加剂聚合物由小于1重量％的在聚合时能够导致强的自缔合度的单体而形成。如本文所用，术语“强的自缔合度”是指粘合剂添加剂聚合物与其自身具有显著氢键合，或者粘合剂添加剂聚合物与其自身具有高度偶极-偶极相互作用。有关聚合物中单体单元之间以及一种聚合物与另一种聚合物或与溶剂之间的相互作用的讨论，请参阅PaulFlory的经典著作《Principles of Polymer Chemistry》第12章，由Cornell出版社第一次发表于1953年。他定义了一个相互作用参数，表示“第一个相邻相互作用自由能”。自从Flory的工作，其他人对该概念进行了很大的扩展。熟悉该概念的人们将认识到，此处要指出的是，相对于其他聚合物，本发明的聚合物添加剂具有基本几乎没有自缔合的特性，更重要的是(尽管并不意味着受理论约束)，它们是与液体墨粉的聚合物比与它们自身在分子水平上具有更强的相互作用的聚合物。

所述粘合剂添加剂聚合物可以是水分散性的或水溶性的。在某些实施方案中，粘合剂添加剂聚合物是水溶性的。水溶性通常定义为表示该材料在室温下大部分或至少90％溶解于水，尽管可以使用热量以帮助聚合物进入溶液中。水溶性也可以表示该聚合物可以在水中溶解至至少5％的浓度。水溶性也可以定义为一定水平的疏水性。溶解度还意味着该材料未达到一定程度的交联，以防止分子链从水中分离。

所述粘合剂添加剂聚合物的数均分子量可以大于约40,000道尔顿，或者大于约80,000道尔顿，或者大于约190,000道尔顿，或者大于450,000道尔顿，其中上限是如本领域普通技术人员所认识到的，防止形成包括粘合剂添加剂聚合物的溶液的分子量。

所述组合物可以包含粘合剂添加剂聚合物，基于组合物的总重量，其量为约0.01至约20重量％，或者约0.1至约20重量％，或者约0.1至约6重量％，或者约0.3至6重量％，或约0.3至3重量％。

如上所述，所述组合物还包括铝盐。应当理解的是，该组合物可以包括多于一种的铝盐。铝盐可以包括但并不限于硫酸铝、聚羟基氯化铝(polyaluminum chlorohydrate)、羟基氯化铝(aluminum chlorohydrate)、聚氯化铝、氯化铝，聚氯硫酸铝、铝酸钠或其组合。在某些实施方案中，所述铝盐包括聚羟基氯化铝。铝盐的碱性可以大于约35％，或者大于约50％，或者大于约60％。如上面所定义的溶解度，该铝盐是水溶性的。

与不含铝盐的组合物相比，组合物中包含铝盐为液体墨粉对基材的粘附性提供了意想不到的改进。不受理论的束缚，据信这种出乎意料的改进至少部分是由于铝盐限制了纸处理剂向下分布到纸结构中，从而使组合物的组分至基材表面具有增加的量。铝盐的作用是影响粘合剂聚合物添加剂的效率，这是令人惊讶的结果的本质，但是铝盐本身并不会显著改变液体墨粉图像的粘附性。不受该理论束缚的机理可能与粘合剂聚合物添加剂的分子排列或者甚至粘合剂聚合物添加剂的局部聚集有关，这导致例如用于

Indigo^TM印刷机中其与液体墨粉中的聚合物之间的相互作用得以增强，。

所述组合物可以包含基于组合物总重量为约0.01至约20重量％，或者约0.1至约20重量％，或者约0.1至约6重量％，或者约0.3至6重量％，或约0.3至3重量％的铝盐。

所述组合物包含重量比为约4：1至约1：2，或者约3：1至约1：2，或者约3：1至约1：1的粘合剂添加剂和铝盐。应当理解的是，粘合剂添加剂与铝盐的比例可以基于基材而变化，以使如上所述，可以在彼此独立的给定范围内而分别使用每种组分。

所述组合物的期望粘度将取决于用于将组合物施加到基材上的方法。这也将取决于组合物组分的浓度和组合物的所需最终水平。在造纸机的施胶压榨机处理纸张的情况下，该组合物的粘度可以为约100cps至约700cps，但这又取决于特定的施胶压榨设备和其他因素，例如造纸机的速度。

所述组合物可以进一步包含用于改善经由LEP印刷而在基材上印刷的液体墨粉的粘附性的其它添加剂。该其它添加剂的非限制性实例包括聚(乙烯丙烯酸)和聚乙烯亚胺以及基于或包含这些材料的聚合物。含羧酸的聚合物的量和铝盐的量必须使得组合物保持均匀。众所周知，多价盐可以使分散体，尤其是与羧酸聚合物的那些进行凝结，并且还可以使含羧酸的聚合物的溶液得以沉淀。

所述组合物还可以包含本领域已知的其他添加剂，包括但并不限于填料、消泡剂、蜡、颜料、染料、造纸施胶剂、杀生物剂、流变改性剂、松香衍生物、表面活性剂、溶剂、增塑剂、或其组合。可以使用的流变改性剂可以包括几乎任何已知改变水基溶液的流变性的材料，例如基于纤维素的增稠剂，如羧甲基纤维素或疏水改性的羟乙基纤维素或基于藻酸盐的增稠剂或基于淀粉的增稠剂或高分子量聚合物、果胶、缔合性增稠剂等。所述流变改性剂可以是溶液或可以是分散体，例如改性淀粉，例如来自Ecosynthetix的Ecosphere材料。分散体可以作用于纸的表面上，以阻挡纸的多孔性，并因此将活性粘合剂的增强添加剂保留在纸的表面上。涂料和处理溶液的流变性也可以通过可以形成氢键或离子配合物的材料的组合而进行调节。流变改性剂的局限性取决于组合物以一致的方式施加于基材的能力。例如，用于造纸施胶压榨的施胶压榨组合物存在粘度限制。

在实施方案中，可以进一步定义为施胶压榨组合物的粘合剂、粘合剂添加剂和铝盐的添加顺序以形成组合物可以影响组合物的性能。为此，可以在混合下一次将一种材料，添加到粘合剂中。例如，可以从淀粉溶液开始，向其中添加粘合剂添加剂，然后分别添加铝盐。可以以水溶液或水基的分散体而添加材料，以帮助混合，缩短混合时间并减少浓缩溶液的不利相互作用的发生。

如上所述，本文提供了一种处理基材的方法。该方法包括提供基材和将组合物施加到基材上以形成处理的基材的步骤。在一个实施方案中，将组合物施涂到基材上的步骤包括以下步骤：将组合物作为水基溶液或分散体或两者而转移到造纸机的施胶压榨机中的步骤，在其中处理纸基材。在另一个实施方案中，将组合物施加到基材上的步骤包括以下步骤：提供施涂辊，将组合物施加到施涂辊上，并使基材和施涂辊接触以形成处理的基材。应该理解的是，可以使用本领域普通技术人员已知的任何合适的方法以将组合物施加到基材上，只要该方法导致在基材表面上基本均匀的处理即可。这样的方法例如包括但并不限于使用通常与造纸机一起使用的施胶压榨设备、喷涂、泡沫涂覆、幕涂、辊涂、印刷、从基材的转移涂覆或它们的组合。

基材的处理可以是基材的至少一个表面的至少一部分。涂层可以指刚刚描述在施胶压榨机或某些其他机理下对纸张的处理。对于造纸工业所定义的未涂布纸，通常将纸的施胶压榨处理称为施胶压榨处理。造纸工业中的涂层可以指造纸工业中经典定义的用于制备“涂层纸”的材料和工艺，本文所用的术语“涂层”可以指对纸或纺织或无纺基材的处理，其称为涂布纸，并且可以至少包括包含粘合剂、粘合剂添加剂和铝盐的组合物。它也可以包括一种或多种本领域熟练技术人员已知的组分，以有利于涂覆基材(例如，纸基材)以增强基材和/或在其上印刷的图像的印刷质量。例如，“涂布纸”通常是具有通过粘合剂而保持在表面上的颗粒状无机填料的层的纸，其中所述无机填料例如碳酸钙或粘土。因此，涂布纸是一类纸张，在其上的填料通过粘合剂而保留在表面上的“涂层”中。该术语在与造纸工业和打印机有关的技术中是众所周知的。参见David Saltman等人Pulp&Paper Primer,2ndEdition,TAPPI Press(1998)，例如但并不限于，第24-25页，其全部内容在此整体引入作为参考。

所述基材可以选自纸产品、织造纤维材料、非织造纤维材料及它们的组合。然而，应当理解的是，可以使用本领域已知的与LEP印刷兼容的任何基材。用LEP打印机打印的三种主要基材的类型是众所周知的，包括：1)未涂布纸；2)涂布纸；和聚合物基材。尽管未涂布纸和涂布纸和其它可以LEP印刷的纸表面上可以存在变化，但它们是造纸工业中定义明确的术语。在某些实施方案中，所述基材是纸产品，并且该纸产品是未涂布的。

所述纸产品可以处于本领域熟练技术人员已知的任何取向，例如一个或多个卷、切纸、和/或能够通过数字LEP打印机而打印的各种形状和构造。所述基材可以是未涂布纸，例如通常在办公室中用于静电复印打印的纸。所述基材可以是涂布纸，例如用于更高质量的印刷品中。所述基材可以是用于包装的纸级别，并且这些纸级别可以是未涂布纸或涂布纸。所述基材可以是纺织基材或非织造基材，并且那些可以是基于纤维素的材料、其他天然产物或制品。所述基材也可以是本领域熟练技术人员已知的与LEP印刷工艺兼容的任何其他基材。但是，每种类型的基材的配方可能会有所不同，这是因为粘合剂可能会明显不同。重要的是组合物如何渗透到基材中，因为这将影响粘合剂、聚合物粘合剂添加剂和铝盐的所需含量，以及可能使用其他组分，例如流变改性剂。例如，对于非常多孔的基材，组合物可能需要比无孔基材更高含量的铝盐，并且组合物的粘度可能需要更大。

所述基材的性质也可以影响将组合物施加到基材上的步骤。另外，在施加组合物之前对基材的任何处理可以对施加组合物的方法、组合物的量和/或粘合剂添加剂与铝盐的比率产生影响。例如，如果基材是多孔的，例如用于未涂布的未处理纸，则组合物可能完全或至少部分地浸入基材中，并且随着更多的材料浸入片材中而可能需要增加组合物的量。即，施加到基材上以导致期望的粘合性改善的组合物的量(特别是粘合剂添加剂和铝盐的量)可以取决于基材的性质。此外，组合物的粘合剂和其他添加剂的性质以及组合物的粘度也可能影响可以浸入基材中的组合物的量。即使使用未涂布纸，粘性组合物也可以最小程度地渗入纸。为了处理无孔涂覆的基材，该组合物可以是包含填料或颜料颗粒的涂料组合物的一部分，并且该涂料组合物可以施用于纸的表面以在基材上形成层。对于涂布纸，还可以在纸经过处理以使其多孔性降低之后而将组合物施用于纸的表面上。不管基材的性质如何，该组合物可以形成油墨接收层，在印刷过程中油墨将与油墨接收层接触，并且油墨的图像可以粘附在该油墨接收层上。

将组合物施加到基材上的方法可影响获得期望的图像粘合性改善所需的组合物的分布和量。在组合物基本上浸入基材中的实施方案中，施加到基材上的组合物的量通常以基材的重量百分比来描述。然而，对于例如无孔基材或组合物基本上保留在基材表面的情况下，例如在包括涂布纸的实施方案中，其中组合物基本上并不浸入基材中，施加在基材上的组合物的量通常以每单位经处理的表面积的组合物重量(例如克/平方米)来描述施加至基材表面的组合物的量。

在一个实施方案中，所述基材是纸产品，并且施加到纸产品上的粘合剂添加剂的量基于纸产品总重量为约0.02至约1重量％，或者约0.03至约0.5％，或者约0.04至0.25重量％，或约0.04至约0.1％，以干重计。同样，基于氧化铝的铝盐的量(不包括与该盐络合的水)将在相同范围内。为此，施加到纸产品上的铝盐的量基于纸产品总重量可以为约0.02至约1重量％，或者约0.03至约0.5％，或者约0.04至约0.25％，或者约0.04至约0.1％，以干重计。然而，如上所述，聚合物粘合剂添加剂与铝盐的比例可以变化，这是因为每种可以在彼此独立的给定范围内单独使用。基于氧化铝的铝盐的量是指铝的含量以氧化铝的含量表示。即，一克铝实际上为1.92克氧化铝。对于铝盐的含量或盐中铝的含量，这是本领域的常规定义。

在另一个实施方案中，该处理过的基材是纸产品、或无孔基材或用于生产涂布纸的基材，或者其中处理的施用明显保留在基材表面上或处理过的基材具有第一侧面和与第一侧面相对的第二侧面的基材，其中所述第一侧面和第二侧面中彼此独立。每个基材处理过的表面包括的粘合剂添加剂，其量基于基材的总重量为约0.0075g/m²至约0.375g/m²，或者为0.0115g/m²至约0.165g/m²，或者为约0.015g/m²至约0.095g/m²，或者约0.015g/m²至约0.04g/m²，以干重计。同样，基于氧化铝的铝盐的量，并且不包括与该盐络合的水，将在相同范围内。为此，第一侧面和第二侧面中的每一个可以独立地包含基于基材总重量为约0.0075g/m²至约0.375g/m²，或者0.0115g/m²至约0.165g/m²，或者0.015g/m²至约0.095g/m²，或者0.015g/m²至约0.04g/m²的铝盐，以干重计。然而，如上所述，聚合物粘合剂添加剂与铝盐的比例可以变化，这是因为每种可以在彼此独立的给定范围内单独使用。

在实施方案中，以诸如本领域已知的印刷接受涂层的形式而将组合物施涂到基材表面上以具有涂布纸等级。在一个实施方案中，基材上的印刷接受涂层基于印刷接受涂层的总重量包含约0.8至约50重量％，或者约1至约10重量％，或者约1至约4重量％的粘合剂添加剂。同样，基于铝氧化物且不包括与盐络合的水的铝盐的量将在相同范围内。为此，基材上的印刷接受涂层可以包含基于印刷接受涂层的总重量为约0.8至约50重量％，或者约1至约10重量％，或者约1至约4重量％的铝盐。然而，如上所述，粘合剂添加剂与铝盐的比例可以变化，这是因为每种可以在彼此独立的给定范围内单独使用。

本文还提供了印刷的材料，该印刷的材料表现出图像对处理过的基材具有改进的粘附性。所述印刷材料包括处理后的基材和置于处理后的基材上且由液体墨粉形成的图像。所述处理后的基材包括基材和涂层。所述涂层置于基材上并由组合物形成。

在实施方案中，在印刷的基材上的任何图像，100％的黑色图像或290％的复合黑色图像(用于HP测试)，对处理基材具有大于约80％，或者大于约85％，或者大于约90％，或者大于95％的粘附保持值，根据使用3M^TM230胶带的胶带拉力测试，这将在下面进行更详细的描述。在一个实施方案中，根据使用标准HP程序用于

Indigo^TM5500印刷机并通过Rochester Institute of Technology测试的胶带拉力测试，由100％黑色液体墨粉而形成的图像对处理后的基材的粘附力据报导大于90％。目前，该测试要求使用3M^TM234胶带。它取代了3M^TM230胶带的使用，并且内置了用于更改胶带类型的程序更正。在另一个实施方案中，由RIT报导了粘附性大于95％。在另一个实施方案中，通过RIT，由290％黑色液体墨粉形成的图像对处理过的基材的粘附保持值大于80％，或者报导了大于90％，或者报导了大于95％，根据相同的HP胶带测试。

实施例

测量粘附性的测试方法

所使用的测试方法是用于测定

digital Indigo^TM打印图像与基材的粘附性的标准方法，其通过HP对其Indigo^TM印刷机的纸张进行鉴定而限定。更具体而言，使用

Indigo^TM5500打印机，使用标准温度设置以4幅模式(4shot mode)而打印100％黑色液体墨粉的黑色矩形图像，以提供测试图案。黑色矩形图像也使用相同的打印机和设置进行打印，但是黑色液体墨粉由52份黄色、66份品红色、72份青色和100份黑色墨粉而组成，将其通常称为290％照片图像。后一种测试是更为严格的测试。

在打印上述图像后十分钟，使用标准HP测试和Indigo^TM5500打印机，通过RIT，使用3M^TM230或234胶带和称重的滚筒均匀一致地施加力而使用胶带测试以测试图像对基材的粘附性。测量了通过剥离胶带而并未去除的图像的百分比。在任何实施例中，仅使用一种胶带(3M^TM230或234胶带)，并且通过RIT而仅使用一种标准的HP程序。在该专利中报导的粘合值是通过RIT报道的粘合值。

所述测试是由Rochester Institute of Technology(用于Indigo^TM印刷的合格纸张处理的北美测试站点)按照HP制定的标准测试程序进行的，该程序用于测试使用Indigo^TM印刷机而涂覆的油墨粘附性。对于这些测试，使用了HP Indigo^TM印刷机5500。

实施例1

形成了示例性和对比印刷材料，并进行评估，以测定使用Dixon涂布机在施胶压榨机中将纸张添加剂加入纸中对LEP印刷粘附性(图像粘附性)的影响。Dixon涂布机今天仍在生产，如Emerson&Remwick网站上所示。长期以来，它们已被接受作为纸张表面处理试验工作的一种手段。基于淀粉溶液的吸收来调节所使用的材料的量。在处理时，用于处理纸张的淀粉在50至55℃。

预制了适于胶版印刷或LEP印刷的未涂布的良好纸卷。该原纸在商用造纸机上制造，并且未经施胶压榨处理。对于当前实施例，该纸具有来自烷基琥珀酸酐的内部施胶剂，并且包含约25％的沉淀碳酸钙填料。将纸以池式施胶压榨模式(puddle size press mode)通过Dixon涂布机进料，以使纸的两面都经过淀粉溶液处理。在该过程中，纸张继续通过Dixon涂布机进行干燥并缠绕在真纸上。将用于处理纸张的添加剂加入淀粉溶液中。所用的淀粉是来自Tate&Lyle的Ethylex 2020。将其分批蒸煮以溶解，并以11.6％的溶液浓度进行施用，以使最终干纸的最终干燥淀粉量为3.0％。对于每次运行，淀粉包含六磺酸盐荧光增白剂和氯化钠。最终干纸中的OBA和NaCl的量分别为0.5％和0.3％。对于OBA，相对于干纸重量，OBA占收到OBA产品的0.5％。即，相对于干纸重量，纸中的OBA量是所收到OBA溶液的0.5％。将少量(以干纸原样重量计为0.02％)的消泡剂产品加入该淀粉溶液中。在胶印溶液中通常使用少量的消泡剂。向该淀粉溶液中加入平均分子量为500,000的聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOx)，将其预先溶解于水中。添加到淀粉中的PEOx溶液的量应使最终干纸中，基于干重的PEOx为0.2％。在两个样品中，还将造纸明矾(Al₂SO₄*14H₂O)加入该淀粉溶液中。表格中列出的明矾的量是基于Al₂SO₄*14H₂O的量相对于最终干纸重量-即最终纸重量的百分比。添加到淀粉中的添加剂，诸如造纸明矾，的量是通过知道在使用条件下吸收(施加)到纸上的湿淀粉溶液的量而确定。

表1

粘合剂添加剂是重均分子量为500,000的聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOx)，可市购。

铝盐I是可市购的造纸明矾(Al₂SO₄*14H₂O)。

PEOx的添加改善了图像的粘附性(290％的复合黑色图像的粘附性由57％至73％，也以照片-黑色打印为人所知)。与不添加明矾而使用PEOx相比，将造纸明矾添加到淀粉施胶压榨溶液中，且因而加入纸张中，导致由使用

Indigo^TM印刷机而印刷的图像的改进的粘附性(在0.05重量％造纸明矾下由73％至75％，0.3重量％的造纸明矾下由75％至77％)。较高量的明矾比较低量的明矾具有更大的改进。观察到100％黑色油墨图像和290％覆盖复合黑色图像均具有改善，这些图像为HP指定用于粘附性测试。

实施例2

形成了示例性和对比印刷材料，并使用实施例1相同的方法和条件进行评估，不同之处在于所用的乙基化的淀粉来自ADM(Archer Daniels Midland Company)。相对于干纸，以干基计，施加的淀粉量基于干纸张为4％，以干重计。六官能OBA的量为0.75％。所施加的PEOx的量为0.3％。将造纸明矾再次用作铝盐以增强粘附性。底片还是为适于胶版印刷或LEP印刷的良好纸张。它在商用造纸机上制造的，但并未在造纸机上进行施胶压榨处理。再次使用具有淀粉施胶压榨类型设置的Dixon涂布机对其进行处理以进行测试。用烷基烯酮二聚体而不是烷基琥珀酸酐对所述底片进行施胶。它再次含有PCC填料。Gurley孔隙率高于实例1中的纸张。更高的Gurley孔隙率(更密闭的纸张结构)可以导致在纸张表面上更多的施胶压榨处理。图像粘附性结果示于表2。

表2

铝盐I是可市购的造纸明矾(Al₂SO₄*14H₂O)。

再次显示添加PEOx有利于使用Indigo^TM印刷机而印刷的图像的粘附性。在最终纸张中添加0.3％的明矾显著改善了290％覆盖率图像的粘附性。但是，添加过多的明矾会有负面影响。对于某些底片，例如在该实施例中，硫酸铝的添加量可能受到限制。通常，没有观察到这样的限制，除了硫酸铝或其他铝盐的量可能影响组合物至不能均匀施加到基材上或组合物本身不均匀的程度。

实施例3

形成了示例性和对比印刷材料，并使用实施例1相同的方法和条件进行评估，不同之处是使用来自Tate&Lyle的Ethylex 2015淀粉，固含量为10％，从而最终干纸中的干燥淀粉量为2.2％。淀粉中并未加入荧光增白剂、氯化钠和消泡剂。仅对淀粉、具有聚合物添加剂PEOx的淀粉和含PEOx和造纸明矾的淀粉进行了测试。如以上实施例中，造纸明矾为Al₂SO₄*14H₂O，并且添加量基于添加到干纸重量中的Al₂SO₄*14H₂O的量而报导。PEOx的量为干纸的0.3％，以干重计。表3给出了结果。

表3

铝盐I是可市购的造纸明矾(Al₂SO₄*14H₂O)。

PEOx的添加改善了图像的粘附性，而PEOx与明矾的添加进一步改善了图像的粘附性。明矾的含量为0.6重量％，与实施例2的实例4相同。在实施例2中，高的明矾含量并没有帮助，但是在本实施例的实例3中，具有帮助。对于本方法的每种设置条件和最终的纸张特性，均有铝盐的最佳含量水平。

实施例4

再次使用与实施例1相似的方法和条件，以评价由添加多种铝盐形成的示例性和对比印刷材料。如实施例1，将OBA、NaCl和消泡剂加入用于处理纸的淀粉溶液中。最终干纸中含有0.4％的OBA、0.25％的NaCl和0.01％的消泡剂。对于所有实验，OBA的含量是基于收到的含量。即，相对于干纸重量，纸中的OBA含量为原样OBA溶液的0.4％。消泡剂也是如此。对于所有具有PEOx的样品，PEOx的含量为最终干纸的0.3％，以干重计。使用了多种铝盐。多种添加剂及结果列于表4中。

表4

铝盐I是可市购的造纸明矾(Al₂SO₄*14H₂O)。

铝盐II是可市购的铝酸钠。

铝盐III是聚羟基氯化铝(PAC)，可从Solenis市购，商品名为Perform^TMPB9007助留剂，是碱性为83％的高碱性PAC，通常也称为羟基氯化铝。

在Dixon涂布机上的施胶压榨处理中加入了造纸明矾和PEOx，从而改善了Indigo^TM打印图像的粘附性。对于100％黑色墨水覆盖率无法检测到改善，这是因为单独的PEOx可以提供完美的粘附性。然而，使用290％的油墨覆盖率图像可以轻松观察到这种改善。明矾的添加将粘附性量从78％提高到88％。

明矾的添加降低了施胶压榨淀粉溶液的pH。使用PEOx和明矾的相同组合，但用氢氧化钠将pH值提高到5.5仍可改善Indigo^TM打印机图像的粘附性。该粘附性由78％提高到84％。

使用铝酸钠代替明矾可以增加图像的粘附性。聚氯化铝(羟基氯化铝)的添加大大改善了图像粘附性。

实施例5

在实施例4的延续中，改变施胶压榨淀粉溶液以同时包含乙基淀粉和阳离子淀粉，并向该混合物中添加PEOx和明矾以形成示例性和对比印刷材料。最终纸中乙基化淀粉的量保持不变，并加入阳离子淀粉(其为Ingredion的Topcat^TM98产品)，因此最终干纸中的以干重计的含量为0.3％，其中所述阳离子淀粉为Ingredion称为Topcat^TM98的产品。表5示出了添加PEOx(实施例4仍为0.3％)以及明矾的结果。

表5

铝盐I是可市购的造纸明矾(Al₂SO₄*14H₂O)。

阳离子淀粉是可由Ingredion以商品名Topcat Topcat^TM市购的阳离子淀粉。

没有阳离子淀粉但是具有PEOx，290％油墨覆盖的图像的粘附性为78％。使用阳离子淀粉并且仍然添加PEOx，粘附性为87％。在最终纸中添加阳离子淀粉、PEOx以及0.1％和0.25％的明矾，其粘附性的值分别为89％和91％。

实施例6

在实施例4的进一步延续中，一半的乙基化淀粉由阳离子淀粉(Cato 233)代替，并且再次添加PEOx和明矾以形成示例性和对比印刷材料。结果在表6中。

表6

铝盐I是可市购的造纸明矾(Al₂SO₄*14H₂O)。

没有PEOx或明矾的淀粉混合物导致290％图像的粘附性为61％。再次以0.3％干基添加PEOx导致78％的粘附性，进一步添加明矾导致85％的粘附性。

实施例7

进行另一个实验，以形成与实施例4相似的示例性和对比印刷材料，其中相同的原纸在Dixon涂布机上以淀粉施胶压榨模式用乙基淀粉、OBA、NaCl和消泡剂以如实施例4中相同的含量进行处理。再次，添加到淀粉中的PEOx的含量应使纸张中以干重计为0.3％。各种铝盐和相关化合物与PEOx一起使用，将材料加入到含有PEOx的淀粉溶液中。表7提供了最终纸的黑色和复合黑色(290％)印刷区域的粘附性测试结果。

表7

铝盐III是聚羟基氯化铝(PAC)，可从Solenis市购，商品名为Perform^TMPB9007助留剂，碱性为83％，通常也称为羟基氯化铝。

铝盐IV为聚羟基氯化铝(PAC)，其可以商品名ACS 2030从Aluminum ChemicalSpecialties市购，碱性为30％，并且通常也称为羟基氯化铝。

铝盐V为聚羟基氯化铝(PAC)，其可以商品名Ultrapac 1692从GEO SpecialtyChemicals市购，碱性为20％，并且通常也称为羟基氯化铝。

添加剂I是可市购的碳酸锆铵。

添加剂II是可市购的硼砂。

添加剂III是可市购的氯化锌。

290％的油墨覆盖图像中观察到大多数差异。再次观察到，淀粉中添加PEOx可以提高粘附性-84％对比65％。添加PAC(来自Solenis的PB9007，碱性为83％)，标记为PAC#1，最终干纸中干燥PAC含量为0.05％、0.1％和0.2％的给出粘附性为86％、93％和99％。但是，在不存在PEOx的情况下添加0.2％的PAC不会改善290％的图像的粘附性。

PAC和明矾一样，会降低淀粉溶液的pH。当将0.1％PAC(最终纸张干重％)与PEOx一起使用，并且将淀粉溶液的pH用氢氧化钠提高至5.5时，与仅使用PEOx相比，粘附性仅有很小的改善。测试了两种其它PAC化学成分：来自Aluminum Chemical Specialties的碱性为30％的ACS 2030(铝盐IV)和碱性为20％的Ultrapac 1692(铝盐V)。在当前测试条件下，具有83％较高碱性的PAC(铝盐III)具有改善的粘附性。添加碳酸锆铵(AZC)，一种已知的淀粉交联剂并不会改善Indigo^TM打印机图像的粘附性。在实验条件下，添加硼砂或氯化锌也不会提高图像的粘附性。而且，将PEOx与测试的第一个PAC进行预混合，图像粘附性并没有改善。即，专利组合物的配制剂存在局限性，其中当聚合物粘合剂添加剂为PEOx且铝盐为PB9007聚羟基氯化铝时，添加PB9007和PEOx不如添加PEOx明矾。如本专利主体所述，最好将聚合物粘合剂添加剂和铝盐分别加入到粘合剂中，这是因为粘合剂稀释了组分的浓度并降低了纯聚合物粘合剂添加剂与铝盐之间相互作用的可能性。

实施例8

在实施例7的延续中，在示例性和对比印刷材料中，用氧化淀粉或阳离子淀粉完全取代乙基化淀粉。所述氧化淀粉为Grain Processing Corp.的D28F，所述阳离子淀粉为Catosize240。表8显示了使用不同淀粉时PEOx和PAC(PB9007)的效果。

表8

通过添加氧化淀粉、PEOx和PAC将粘附性从仅添加淀粉的82％提高至91％。干纸中PEOx和PAC的含量分别为0.3％和0.1％。使用Catosize 240淀粉时，仅淀粉就使纸张和290％的油墨图像的粘附性达到81％。分别添加0.3％和0.1％的PEOx和PAC导致98％的粘附性。

实施例9

基于通过Gurley孔隙率和添加铝盐的需要而变化的不同底片，对示例性和对比印刷材料评估了粘合剂添加剂的有效性。Gurley孔隙率是用于测量纸张孔隙率的标准造纸工业方法。该值越高，薄片结构则越闭合。使用Dixon涂布机对不同类型的纸张进行了处理。这些处理结合了乙基化淀粉和PEOx，其中乙基化淀粉的添加量基于干重为纸张的约3.5％。纸样品的两面均采用淀粉施胶压榨型配置进行了处理。在制造时未预先用施胶压榨机对该底片进行处理。下表列出了所述底片的孔隙率、以干重计PEOx基于干纸重量的添加量，以及铝盐的添加量。该表还列出了使用

Indigo^TM打印机打印的图像的粘附性测试的结果。该值适用于290％的照片黑色图像。

表9

(PEOx)提高来自液体墨粉的图像粘附性的有效性是Gurley孔隙率为14的底片小于Gurley孔隙率为33的底片。因此，为了达到更高的图像粘附性水平，例如290％照片黑色图像大于90％，则具有较低Gurley孔隙率的底片需要额外的聚氯化铝作为淀粉处理的一部分。

任何上述实施方案均可以在基材的形成或处理期间使用，包括在使用LEP打印机在基材上使用液态墨粉打印之前而进行的处理。例如，粘合剂添加剂和铝盐可以通过涂布站而施加在打印机上，甚至印刷在表面上。在各种实施方案中，本公开涉及一种组合物、一种制备LEP可印刷基材的方法、一种可印刷的基材、一种显示出通过上述方法之一而生产的LEP印刷图像具有改进粘附性的可印刷基材。在其他实施方案中，本公开涉及通过上述LEP方法之一而生产的印刷的基材，其可进一步包括在上述LEP方法之前和/或之后而在基材上印刷的一个或多个图像。在一个实施方案中，可以使用本领域熟练技术人员已知的任何印刷方法/工艺而印刷在基材上的一个或多个其它图像，例如包括但并不限于喷墨印刷。

尽管在本公开的前述说明书中已经呈现了至少一个示例性的实施方案，但是应理解的是，存在大量的变型方案。还应理解的是，所述示例性实施方式仅是实例，并不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前述详细描说明书将为本领域技术人员提供用于实施本发明的示例性实施方案的方便路线图。应理解的是，可以对在示例性实施方案中描述的元件的功能和安排进行各种改变，而不会背离如所附权利要求书中阐述的本公开的范围。

Claims

1.一种处理基材的方法，该方法包括：

提供基材；

将水基组合物施加到所述基材上以形成处理过的基材，该组合物包含：

粘合剂，

包含聚合物的粘合剂添加剂，所述聚合物包含至少一种重复单元，并且所述至少一种重复单元包含叔酰胺基，和

铝盐。

2.权利要求1的方法，其中所述聚合物的至少一种重复单元由选自以下组中的单体形成：乙烯基吡咯烷酮、含噁唑啉的单体、N-乙烯基哌啶酮、N-乙烯基己内酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺及它们的组合。

3.权利要求2的方法，其中所述聚合物的至少一种重复单元由选自以下组中的单体形成：2-乙基-2-噁唑啉、2-甲基-2-噁唑啉及它们的组合。

4.权利要求1至3中任一项的方法，其中所述聚合物为均聚物。

5.权利要求1至4中任一项的方法，其中，所述铝盐包括硫酸铝、聚羟基氯化铝、羟基氯化铝、铝酸钠或其组合。

6.权利要求1至4中任一项的方法，其中所述铝盐包括羟基氯化铝。

7.权利要求1至6中任一项的方法，其中所述粘合剂包括聚乙烯醇、淀粉、明胶、酪蛋白、蛋白质、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、丙烯酸系乳液、乙酸乙烯酯乳液、偏二氯乙烯乳液、聚酯乳液、苯乙烯-丁二烯乳液、丙烯腈-丁二烯胶乳或其组合。

8.权利要求1至6中任一项的方法，其中，所述粘合剂包括水溶性羟基-官能的聚合物。

9.权利要求8的方法，其中所述粘合剂包括淀粉，并且所述淀粉选自氧化淀粉、阳离子化淀粉、乙基化淀粉、酯化淀粉、酶促变性淀粉及它们的组合。

10.权利要求1至9中任一项的方法，其中，所述基材选自纸产品、织造纤维材料、非织造纤维材料和其组合。

11.权利要求10的方法，其中，所述基材是纸产品，并且所述纸产品是未涂覆的。

12.权利要求1至11中任一项的方法，其中，所述组合物包含重量比为约4∶1至约1∶2的所述粘合剂添加剂和所述铝盐。

13.权利要求1至12中任一项的方法，其中，所述处理过的基材具有第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面，并且其中所述第一侧面和所述第二侧面中的每一个独立包括：

以干重计基于所述基材总重量为约0.0075至约0.375g/m²的粘合剂添加剂；

以干重计基于所述基材总重量为约0.0075至约0.375g/m²的铝盐；或者

它们的组合。

14.权利要求1至12中任一项的方法，其中：

将以干重计基于所述基材总重量为约0.02至约1重量％的粘合剂添加剂施加于基材上；

将以干重计基于所述基材总重量为约0.02至约1重量％的铝盐施加于基材上；或者

它们的组合。

15.权利要求1至14中任一项的方法，其中使用造纸机的施胶压榨将所述组合物施加于所述基材。

16.一种用于改善图像与处理过的基材的粘附性的方法，所述方法包括：

提供基材；

粘合剂

铝盐；和

将液体墨粉施加到处理过的基材上以在处理过的基材上形成图像。

17.权利要求16的方法，其中所述聚合物的至少一种重复单元由选自以下组中的单体形成：乙烯基吡咯烷酮、含噁唑啉的单体、N-乙烯基哌啶酮、N-乙烯基己内酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺及它们的组合。

18.权利要求16或17中任一项的方法，其中利用液体电子照相印刷将液体墨粉施加到处理过的基材上。

19.一种印刷材料，其表现出图像对处理后的基材的改善的粘附性，其包括：

处理过的基材，其包含：

基材，以及

置于基材上的涂层，所述涂层由包含粘合剂、粘合剂添加剂和铝盐的水基组合物形成，其中所述粘合剂添加剂包含聚合物，该聚合物包含至少一种重复单元，并且所述至少一种重复单元包含叔酰胺基；以及

置于处理过的基材上且由液体墨粉形成的图像。

20.权利要求19的印刷材料，其中：

根据使用3M^TM234胶带的胶带拉力测试，由100％黑色液体墨粉形成的图像对处理过的基材具有大于90％的根据官方的HP测试方法通过RIT报导的粘附保持值；

根据使用3M^TM234胶带的胶带拉力测试，由290％黑色液体墨粉形成的图像对处理过的基材具有大于80％的根据官方的HP测试方法通过RIT报导的粘附保持值；或者

它们的组合。