CN116134385A - 用于提高图像与经处理的基材的附着力的组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

总体而言，本公开涉及用于处理基材和用于改进图像对经处理的基材的附着力的组合物和方法，并且更具体地涉及利用聚叔酰胺、胶态二氧化硅和任选的聚合物胶粘剂的组合来处理基材和用于提高电子照相图像对经处理的基材的附着力的系统和方法。

Description

用于提高图像与经处理的基材的附着力的组合物和方法
本申请要求2020年6月25日提交的美国临时申请第63/043,803号的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
总体而言，本公开涉及用于处理基材和用于改进图像对经处理的基材的附着力(粘附力)的组合物和方法，并且更具体地涉及利用聚叔酰胺和胶态二氧化硅的组合来处理基材和提高电子照相图像对经处理的基材的附着力的系统和方法。
背景技术
液体电子照相(LEP)印刷使用液体油墨而不是使用干粉调色剂在基材上进行印刷。LEP印刷机的常见实例是HP Indigo数字打印机。LEP印刷中使用的液体油墨中的调色剂颗粒足够小，使得LEP印刷的图像无法掩盖例如纸质基材的底层表面的粗糙度/光泽度。LEP印刷中使用的液体油墨(本文也称为“油墨”、“液体调色剂”或“LEP油墨”)是约1至2微米范围内的小颜料颗粒在非水液体中的悬浮液。
Figure BDA0004113846780000011
是液体电子照相印刷常用的液体油墨。认为LEP印刷能够以相对快的速度提供一些最佳数字印刷质量图像。
LEP印刷的图像不会附着于基材，这就像使用干调色剂工艺的静电复印打印方法印刷的图像一样。虽然已将常规组合物施用于基材以试图改进由液体调色剂形成的图像的附着力，但是由于(1)在取决于用作基材的纸张等级的附着性能方面的不一致和(2)无论纸张等级如何都难以获得通过
Figure BDA0004113846780000012
标准程序测试的由LEP印刷所印刷图像的近乎完美(100％)的附着力，仍然需要进一步改进。
在典型的纸张施胶压制处理中，在初始干燥后将淀粉溶液和添加剂施用于纸张表面。处理发生在造纸机的施胶压制工段。用主要包含水基聚合物溶液或分散体加上胶粘剂诸如淀粉的配制物处理形成且一次性或部分地干燥的纸张。这称为施胶压制处理。或者，用包含促粘聚合物溶液或分散体的组合物处理经修饰和干燥的纸。这有时称为底漆处理(primer treatment)。该处理可以在印刷过程数天或数分钟或数秒之前进行，并且可以在不属于印刷机一部分的涂布机或作为印刷机一部分的涂布机上进行。干燥发生在施用组合物与印刷之间。底漆处理适用于从纸到塑料的各种基材。在造纸工业中所谓的“涂布纸”的典型制造中，将主要包含填料诸如粘土和胶粘剂诸如淀粉的涂布配制物施用于经干燥的纸上。对于目前的方法，包含叔聚酰胺和胶态二氧化硅的组合物可以作为施胶压制配制物的一部分、或作为底漆处理剂或底漆处理剂的一部分、或作为纸涂布配制物的一部分来施用。
多年来，已经将若干不同的添加剂与淀粉一起或作为底漆一起施用于纸张表面，以提供从改进的施胶(耐水性)到改进的印刷质量到静电复印打印图像的附着力到表面强度的各种性能。然而，将聚叔酰胺诸如聚乙基噁唑啉(PEOx)和胶态二氧化硅的组合用于施胶压制、底漆或涂布纸处理是以前未知的，并且液体调色剂的附着力的益处出乎意料。胶态二氧化硅本身并不能提供相同的益处。在本发明中，聚叔酰胺和胶态二氧化硅的组合替代了没有胶态二氧化硅的聚叔酰胺的使用。
一种用于改进HP Indigo数字打印机图像的附着力的解决方案是用聚乙烯/丙烯酸对纸进行处理。然而，发现聚乙烯/丙烯酸效率低下，导致在涂布过程期间产生沉积物并减小纸表面摩擦。在许多情况下，用聚叔酰胺诸如聚乙基噁唑啉和聚乙烯基吡咯烷酮处理更有效，并且不会产生沉积物或降低摩擦。然而，与具有更封闭或少孔结构的基片相比，发现它们对具有开放或更多孔结构的基材或基片的益处较小。随后发现添加铝盐克服了效率损失。
然而，添加铝盐会显著降低溶液的pH值，并且在某些情况下会导致纸施胶压制配制物出现沉积问题，并且在某些情况下会干扰荧光增白剂的性能。因此，需要不会严重降低造纸机施胶压制配制物的pH值并且不会干扰阴离子荧光增白剂添加的其他配制物。
目前的研究已表明，在施胶压制机处添加胶态二氧化硅和聚乙基噁唑啉(PEOx)或其他聚叔酰胺将提高开放基片的性能，从而提供替代工业中目前使用的配制物的选项。同样，已发现PEOx或其他聚叔酰胺(PTA)与胶态二氧化硅的组合比单独的PEOx或PTA或胶态二氧化硅更能增强LEP印刷图像对基材的附着力。目前的研究还表明，在没有PEOx或PTA的情况下使用时胶态二氧化硅不会带来任何好处。
因此，需要提供用于处理基材和用于改进图像对经处理的基材的附着力的系统和方法。此外，结合所附实施例和前述技术领域和背景技术，从随后的发明内容和具体实施方式以及所附权利要求中，其他期望的特征和特性将变得显而易见。
发明内容
本发明提供了用于处理基材的水基组合物。水基组合物包含促粘聚合物；胶态二氧化硅；和任选的聚合物胶粘剂，所述促粘聚合物包含含有一种或多种重复单元的聚合物，其中所述一种或多种重复单元包括叔酰胺基团，其中所述叔酰胺基团为促粘聚合物的约70摩尔％至约100摩尔％。
还提供了一种用于在经处理的基材上形成图像的方法。所述方法包括提供基材并将水基组合物施用于基材以形成经处理的基材。水基组合物包含促粘聚合物；胶态二氧化硅和任选的聚合物胶粘剂，所述促粘聚合物包含一种或多种重复单元，其中所述一种或多种重复单元包括叔酰胺基团。
在另一个非限制性实施方案中，本文提供了一种用于改进图像对经处理的基材的附着力的方法。所述方法包括提供其中施用了组合物的基材。所述方法还包括但不限于将所述组合物施用于基材上以形成经处理的基材。所述方法还包括但不限于将液体调色剂施用于经处理的基材以在经处理的基材上形成图像。
在另一个非限制性实施方案中，本文提供了一种表现出图像对经处理的基材的改进的附着力的印刷材料。印刷材料包括但不限于经处理的基材。经处理的基材包括但不限于基材和设置在基材上并由所述组合物形成的涂层。印刷材料还包括但不限于设置在经处理的基材上并由液体调色剂形成的图像。
具体实施方式
下面的详细描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开或其施用和用途。此外，无意受缚于前述背景技术或以下详细描述中提出的任何理论。
本文提供了用于处理基材和/或提高液体调色剂对基材的附着力的组合物和方法。在一些实施方案中，本文提供了一种用于改进利用液体电子照相印刷(LEP印刷)由液体调色剂形成的图像的附着力的方法。如本文所用，“液体电子照相印刷”可与“LEP印刷”、“使用液体调色剂颗粒的静电复印打印”或“使用液体调色剂颗粒的静电复印”互换使用；所有这些例如涵盖HP Indigo数字打印机和工艺。此外，如本文所用，液体电子照相印刷不意指或涵盖被称作平版印刷术并且在Alex Glassman,Printing Fundamentals,TAPPI Press,1985中有更详细讨论的胶版型印刷工艺，其全文并入本文。
施用于基材的组合物是水基组合物，其包含促粘聚合物、胶态二氧化硅和任选的聚合物胶粘剂。所述方法包括以下步骤：提供基材，将水基组合物施用于基材以形成经处理的基材，和将液体调色剂施用于经处理的基材上以在经处理的基材上形成图像。
在一些方面，液体调色剂包括颜料或含颜料颗粒在非水液体中的悬浮体。利用液体电子照相印刷将液体调色剂施用于经处理的基材。
促粘聚合物可以包括至少一种重复单元。除非本文另有说明，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，其可包括例如共聚物和三元共聚物。
在促粘聚合物的一些方面，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，“局部的强的带负电的偶极子”是指在重复单元的结构中存在诸如羧基的官能团并且本文中的“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，局部偶极子是由键合在一起的原子的电负性差异引起的。在此，“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)。重复单元可以包括但不限于羰基。
在促粘聚合物的其他方面，所述至少一种重复单元包括叔酰胺基团。与叔酰胺基团的氮原子键合的碳原子中的至少一个可以具有两个或三个与其键合的氢原子，并且叔酰胺基团的羰基可与-CH、-CH2或-CH3基团键合。
在促粘聚合物的其他方面，所述至少一种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-二甲基丙烯酰胺及其组合的单体形成。优选地，促粘聚合物的所述至少一种重复单元由选自2-乙基-2-噁唑啉、2-甲基-2-噁唑啉及其组合的单体形成。
在一些方面，促粘聚合物可以是均聚物。在其他方面，促粘聚合物可包括聚(2-乙基-2-噁唑啉)、聚(2-甲基-2-噁唑啉)或其组合。优选地，促粘聚合物可以包括聚乙烯基吡咯烷酮。
在其他方面，促粘聚合物可以另外由一种或多种非离子单体形成。例如，促粘聚合物可以由(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，和(ii)一种或多种非离子单体形成。如本文所用，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单体。
可以添加少量诸如小于约5摩尔％的离子单体。在一些方面，阴离子或阳离子官能团来自丙烯酸。在其他情况下，离子官能团来自胺，或基于乙烯亚胺。
促粘聚合物可以另外由一种或多种单体形成，所述单体不会强烈导致与其自身形成氢键，无论是与自身在同一聚合物链中还是在聚合物链之间。换句话说，促粘聚合物可以基本上不含能够导致促粘聚合物的强自缔合度的单体。关于能够导致强自缔合度的单体，本文所用的术语“基本上不含”是指促粘聚合物由小于约5％且小于约1％重量的单体形成，当聚合时这些单体能够导致强自缔合度。本文所用的术语“强自缔合度”是指促粘聚合物与其自身的显著氢键或促粘聚合物与其自身的高度偶极-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相互作用的讨论，请参阅PaulFlory的经典著作“Principles of Polymer Chemistry的第12章”，该著作于1953年由Cornell Press首次出版。Paul Flory定义了一个表示“第一邻域相互作用自由能”的相互作用参数。自Flory的工作以来，其他人已经极大地扩展了这个概念。熟悉该概念的人员将认识到，这里提出的观点是该公开的聚合物添加剂相对于其他聚合物具有几乎没有自缔合的特性，更重要的是(尽管不意味着受限于理论)，它们是在分子水平上与液体调色剂的聚合物相互作用比与它们自身相互作用更强烈的聚合物。
在一些方面，促粘聚合物可以是水分散性的或水溶性的。促粘聚合物可以是水溶性的。水溶性可以多种方式定义。在本申请中，水溶性是指材料在室温下至少约80％可溶于水，但可以使用加热来帮助聚合物溶解。水溶性还可以指聚合物在水中溶解到至少约5％的浓度。水溶性也可以定义为一定程度的疏水性。溶解度还暗示着材料没有交联到防止分子链在水中分离的程度。
组合物的促粘聚合物可以具有大于约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，或者大于约450,000道尔顿的重均分子量，其中上限是将阻止形成包含促粘聚合物的溶液的平均分子量。
在本组合物的一些方面，所述组合物是水基的并且具有按重量计约2％至约50％固体的固体，按重量计可以为约3％固体至约30％固体，按重量计可以为约4％固体至约25％固体，并且按重量计可以为约5％固体至约20％固体。
固体(量)取决于待施用于基材上的材料的量和基于施用方法的粘度限制。固体部分包含“促粘聚合物”和胶态二氧化硅。各组分的水平将根据可以且施用于基材上的组合物的量以及赋予改进的电子复印图像附着力的期望的最终性能所需的每种组分的水平而变化。已发现基材上“促粘聚合物”和胶态二氧化硅的水平以及这两种成分的比率会极大地影响性能。应当理解，所述组合物可以包括多于一种类型的“促粘聚合物”和多于一种类型的“胶态二氧化硅”。
在组合物的一些方面，组合物的固体大于约3％重量且粘度小于约1000厘泊(cps)，可以具有大于约4％重量的固体和小于约500cps的粘度，并且可以具有大于约5％重量的固体和小于约200cps的粘度。
在一些方面，所述组合物用于经施胶压制处理的纸上。以相对于纸的干重百分比计，促粘聚合物的水平可以是纸干重的约0.1％至约1％，可以是纸干重的约0.15％至约0.7％；并且胶态二氧化硅的水平可以是纸干重的约0.1％至约1％，并且可以是纸干重的约0.15％至约0.7％。“促粘聚合物”与二氧化硅的比率为约1:1至约1:0.2，可为约1:1至约1:0.5，或可为约1:0.7至约1:0.5。
在其他方面，以相对于纸涂料的干重百分比计，作为涂料配制物的一部分对纸进行处理以形成涂布纸的处理剂的水平应为涂料配制物的2％至10％重量或涂料配制物的3％至5％重量。在各种非限制性实施方案中，所有值和值范围，包括所有上述值和所有上述值之间的整数和分数，特此明确地考虑用于本文。
在处理基材的一些方面，组合物主要保留在表面处，诸如组合物的大于50％的固体部分渗透到基材中不到10微米处。在这方面，在经处理的基材的每一侧上施用于基材的促粘聚合物的量以干重计可以在基材的约0.0075gsm至约0.375gsm，或以干重计为0.0115gsm至约0.165gsm，或约0.015gsm至约0.095gsm，或约0.015gsm至约0.04gsm。胶态二氧化硅的水平(含量)可以为约0.02gsm至约1.3gsm。这些量基于的是施用于基材上的促粘聚合物和胶态二氧化硅的总量而不是施用的总组合物。“促粘聚合物”与胶态二氧化硅的比率可以为约1:2至约1:0.2，或约1:1至约1:0.5，或约1:0.7至约1:0.5。在各种非限制性实施方案中，所有值和值范围，包括所有上述值和所有上述值之间的整数和分数，特此明确地考虑用于本文。
在组合物的一些方面，胶态二氧化硅可以具有阳离子或阴离子的表面电荷。
在组合物的其他方面，胶态二氧化硅具有小于约150纳米、可以小于约100纳米且可以小于约25纳米的平均粒度。
在其他方面，胶态二氧化硅的平均粒度在约0.4和120纳米之间，并且可以在约1纳米和100纳米之间。
在组合物的其他方面，胶态二氧化硅的表面积可以大于约50m2/g、可以大于约100m2/g、可以大于约200m2/g并且表面积可以具有大于约220m2/g。在各种非限制性实施方案中，所有值和值范围，包括所有上述值和所有上述值之间的整数和分数，特此明确地考虑用于本文。
在组合物的其他方面，胶态二氧化硅颗粒是碱性的。
在组合物的其他方面，胶态二氧化硅表面是水合氯化铝化合物与胶态二氧化硅表面的反应产物。
与不含胶态二氧化硅的组合物相比，在组合物中包含胶态二氧化硅提供了意想不到的液体调色剂对基材的附着力的改进。胶态二氧化硅影响促粘聚合物的功效，提供了意想不到的结果。当在没有促粘聚合物的情况下使用胶态二氧化硅时，没有发现液体调色剂图像附着力性方面的改进。
在组合物的其他方面，组合物任选地包含聚合物胶粘剂，诸如水溶性羟基官能的聚合物。胶粘剂可以包括聚乙烯醇、淀粉例如氧化淀粉、阳离子化淀粉、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)、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素。胶粘剂也可以是诸如丙烯酸类乳液、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的聚合物。胶粘剂可以是基于丙烯酰胺的聚合物，诸如丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。胶粘剂可以是有机胶粘剂。
在一些方面，任选的粘合剂是选自氧化淀粉、阳离子化淀粉、乙基化淀粉、酯化淀粉、酶促变性淀粉及其组合的淀粉。
组合物可以包含其量为总组合物的0至约98％重量的任选的胶粘剂、可以是总组合物的约5％重量至约90％重量并且可以是总组合物的约10％重量至约80％重量。然而，组合物的粘度起着重要作用并且必须适合于通过所选择的方法施用，并且粘度提供了所需组合物的施用水平。此外，促粘聚合物和胶态二氧化硅的比率也可以在组合物的功效中起主要作用。
组合物所需的粘度将取决于用于将组合物施用于基材上的方法。它还将取决于组合物各组分的浓度和组合物的期望最终水平。所需的粘度取决于具体施胶压制设备和其他因素诸如造纸机或涂布机的速度，并且可以根据机器进行调整。
在一些方面，组合物还可以包括额外的添加剂用于提高经由LEP印刷印刷在基材上的液体调色剂的附着力。额外的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。含羧酸聚合物的量和胶态二氧化硅的量必须使得组合物保持均匀。众所周知，多价盐可以凝结分散体，尤其是含有羧酸聚合物的那些分散体，也可以沉淀含羧酸聚合物的溶液。
在组合物的其他方面，所述组合物还可包含本领域已知的额外的添加剂，包括但不限于填料、消泡剂、蜡、颜料、染料、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的改变水基溶液流变学的材料，诸如纤维素基增稠剂像羧甲基纤维素或疏水改性的羟乙基纤维素或藻酸盐基增稠剂或淀粉基增稠剂或高分子量聚合物、果胶、缔合增稠剂等。流变改性剂可以是溶液或可以是分散体诸如改性淀粉，例如来自Ecosynthetix的Ecosphere材料。分散体可作用于纸表面以封闭纸的多孔性质，从而将活性粘合增强添加剂保持在纸表面处。涂料和处理溶液的流变性也可以通过可能形成氢键或离子复合物的材料组合来改变。流变改性剂的局限性取决于组合物以一致的方式施用于基材的能力。例如，待用于造纸机施胶压制的施胶压制组合物存在粘度限制。改性剂或额外的添加剂不应减损组合物的目的，以致印刷图像的附着力性大大降低。
在一些方面，添加促粘聚合物、胶态二氧化硅和任选的胶粘剂以形成组合物的顺序可能影响组合物的性能。为此，当在组合物中使用胶粘剂时，可以一次性将各种材料添加到胶粘剂中，同时进行混合。例如，可以从淀粉溶液开始，向其中添加促粘聚合物，然后单独添加胶态二氧化硅。这些材料可以作为水溶液或水基分散体添加以帮助混合、缩短混合时间并减少浓溶液的不利相互作用的发生。
如上文所介绍，本文提供了一种用于处理基材的方法。所述方法包括提供基材和将组合物施用于基材上以形成经处理的基材的步骤。在一个实施方案中，将组合物施用于基材的步骤包括将组合物作为水基溶液或分散体或两者转移至造纸机的施胶压制机的步骤，在此对纸基材进行处理。在另一个实施方案中，将组合物施用于基材的步骤包括提供施用辊、将组合物施用于施用辊并使基材和施用辊接触以形成经处理的基材的步骤。应当理解，可以使用本领域普通技术人员已知的任何合适的方法将组合物施用于基材，只要该方法在基材表面上产生基本上均匀的处理即可。此类方法包括，例如但不限于，使用通常与造纸机一起使用的施胶压制设备、喷涂、泡沫涂布、幕涂、辊涂、印刷、从基材转移涂布或其组合。
基材的处理可以是基材的至少一个表面的至少一部分。涂层可指在施胶压制机或如刚才描述的一些其他机器处对纸进行的处理。对于造纸行业定义的未涂布纸，纸的施胶压制处理通常称为施胶压制处理。造纸工业中的涂层可指造纸工业中经典定义的用于制备“涂布纸”的材料和工艺，并且如本文所用的术语“涂布”可指对纸或织造或非织造基材的处理，该基材被称为涂布纸并且可以包括至少一种组合物，所述组合物包含胶粘剂、促粘聚合物和胶态二氧化硅。其还可以包括本领域普通技术人员已知的一种或多种组份，这些组份有利于涂布基材(例如，纸基材)以提高基材和/或印刷在其上的图像的印刷质量。例如，“涂布纸”通常是具有通过胶粘剂保持在表面上的颗粒状无机填料诸如碳酸钙或粘土层的纸。因此，涂布纸是这样一类纸，其具有通过胶粘剂保持在表面上的“涂层”中的填料。该术语在与造纸工业和印刷机相关的领域中是众所周知的。参见David Saltman等人的Pulp&PaperPrimer，第2版，TAPPI Press(1998)，例如但不限于第24-25页，其全部内容通过引用并入本文。组合物对基材的处理也可以发生在形成基材并干燥之后，或者在塑料的情况下，通过诸如电晕处理的方式进行表面改性，例如当制备纸时，干燥或涂布以制造“涂布纸”。这种对最终基材的施用可以作为印刷前的最后步骤并且可以称为底漆处理。例如，基材可通过网纹辊涂机以施用组合物，然后干燥，然后在印刷后的数天、数小时或甚至数秒内进行印刷。
基材可选自纸制品、织造纤维材料、非织造纤维材料或非织造非纤维基材诸如塑料膜及其组合。然而，应当理解，可以使用本领域已知的与LEP印刷兼容的任何基材。用LEP印刷机印刷的三种主要类型的基材是众所周知的并且包括：1)未涂布纸；2)涂布纸；和聚合物基材。未涂布纸和涂布纸在造纸行业中是明确定义的术语，尽管这些基材和其他可进行LEP印刷的纸张表面可能存在差异。在某些实施方案中，基材是纸制品，并且该纸制品是未涂布的。
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各种等级纸，并且这些等级纸可以是未涂布纸或涂布纸。所述基材可以是织造基材或非织造基材并且那些可以是基于纤维素的材料、其他天然产品或加工产品。所述基材也可以是本领域普通技术人员已知的与LEP印刷工艺兼容的任何其他基材。然而，每种类型的基材的配制物可能会有所不同，因为可能使用或可能不使用胶粘剂，如果使用了胶粘剂，则胶粘剂可能会显著不同。组合物如何渗透到基材中很重要，因为这将影响胶粘剂、促粘聚合物和胶态二氧化硅的所需含量，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水平的胶态二氧化硅，并且可能需要更大的组合物粘度。
基材的性质也会影响将组合物施用于基材上的步骤。此外，在施用组合物之前对基材的任何处理可对施用组合物的方法、组合物的量和/或促粘聚合物与胶态二氧化硅的比率产生影响。例如，如果基材是多孔的，例如未涂布的未处理纸，则组合物可能完全但至少部分地可能浸入基材中，并且随着更多材料浸入纸张中，可能需要增加组合物的量。即，施用于基材以产生期望的附着力提高的组合物的量(特别是促粘聚合物和胶态二氧化硅的量)可取决于基材的性质。此外，组合物的胶粘剂和其他添加剂的性质以及组合物的粘度也可能影响可渗入基材中的组合物的量。即使使用未涂布的纸，粘性组合物也可最低限度地渗透纸。对于无孔涂布基材的处理，所述组合物可以是包括填料或颜料颗粒的涂料组合物的一部分，并且涂料组合物可以施用于纸表面以在基材上形成层。对于涂布纸，也可以在已经对纸进行处理以使其多孔性降低之后将组合物施用于纸表面。无论基材的性质如何，组合物都可以形成油墨接收层，在印刷过程中油墨将与该油墨接收层接触，并且油墨的图像可以粘附与该油墨接收层。
将组合物施用于基材的方法会影响获得期望的图像附着力性提高所需的组合物的分布和量。在组合物基本上渗入基材的情况下，施用于基材的组合物的量通常以基材的重量百分比来描述。然而，对于诸如相对无孔基材或其中纸表面是其中组合物基本上保留在基材表面处的较封闭结构的情况，诸如在其中组合物基本上不浸入基材的包括涂布纸的实施方案中，施用于基材的组合物的量通常以每单位经处理的表面积的组合物的重量(例如克/平方米)来描述施用于基材表面的组合物的量。
一方面，基材是纸制品，并且以相对于纸干重百分比计，促粘聚合物的量可以是纸干重的约0.1％至约1％，可以是纸干重的约0.15％至约0.7％；并且胶态二氧化硅的含量可以是纸干重的约0.1％至约1％，并且可以是纸干重的约0.15％至约0.7％。“促粘聚合物”与二氧化硅的比率为约1:1至约1:0.2，可以为约1:1至约1:0.5，并且可以为约1:0.7至约1:0.5。
在其他方面，基材可以是相对无孔基材或具有封闭表面的纸，并且组合物的量包含促粘聚合物和胶态二氧化硅。在相对无孔基材的情况下，促粘聚合物的添加量以干重计为约0.0075gsm至约0.375gsm，可以为约0.0115gsm至约0.165gsm，可以为约0.015gsm至约0.095gsm，且可以为约0.015gsm至约0.04gsm。基于基材的总重量，施用于纸制品的胶态二氧化硅的量以干重计可以为约0.004gsm至约0.2gsm，并且可以为约0.005gsm至约0.15gsm。
在所述方法的一些方面，待施用于基材的组合物的促粘聚合物与胶态二氧化硅的比率为约1:2至约1:0.2，或约1:1至约1:0.5，或约1:0.7至约1:0.5。在各种非限制性实施方案中，所有值和值范围，包括所有上述值和所有上述值之间的整数和分数，特此明确地考虑用于本文。
另一方面，本文还提供了一种印刷材料，所述印刷材料表现出图像对经处理的基材具有改进的附着力。印刷材料包括经处理的基材和设置在经处理的基材上并由液体调色剂形成的图像。经处理的基材包括基材和涂层。涂层设置在基材上并由所述组合物形成。
在所述方法的一些方面，根据使用3M 230绘图胶带的胶带拉力测试，施用于经处理的基材的图像诸如100％黑色图像或290％复合黑色图像(如用于
Figure BDA0004113846780000122
测试)对经处理的基材具有大于约80％，可以大于约85％，可以大于约90％，可以大于95％的附着力保持率(adhesion retention)。胶带拉力测试是由Rochester Institute of Technology(RIT)开发的针对HP Indigo 7000系列数字打印机使用标准HP程序进行的一项测试。目前该测试要求使用3M 232遮蔽胶带。其取代了3M 230胶带的使用，并且内置了用于更改胶带类型的程序校正。在另一个实施方案中，RIT所报告的附着力大于95％。
在另一方面，根据上述测试方法确定由290％黑色液体调色剂形成的图像对经处理的基材具有大于80％的附着力保持率，在一些情况下大于90％，在另一些情况下通过RIT确定的附着力保持率大于95％。
实施例
以下测试是由Rochester Institute of Technology(用于确定Indigo印刷的纸处理是否合格的北美测试站点)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数字打印机之一涂布的油墨的附着力。
测定附着力的测试方法
在以下实施例中使用的测试方法是用于确定HP Indigo数字印刷图像对基材的附着力的标准方法，其中100％黑色液体调色剂的黑色矩形图像使用HP Indigo 7000系列数字打印机使用标准温度设置以4色模式(4shot mode)印刷以提供测试图案。黑色矩形图像也使用相同的印刷机和设置印刷，但黑色液体调色剂由52份黄色、66份品红色、72份青色和100份黑色调色剂组成，其通常称作290％照片图像。后一个测试是更严格的测试。
印刷上述图像十分钟后，Rochester Institute of Technology(RIT)使用标准HP测试和Indigo 7000系列数字打印机对图像进行测试，使用3MTM 230或232胶带和2千克(kg)重的辊均匀一致地施力并通过胶带测试来测定对基材的附着力。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，在任何例子中，只使用了其中一种胶带(3MTM 230或232胶带)，RIT只使用了一种
Figure BDA0004113846780000121
的标准程序。本专利中报告的附着力值是RIT报告的附着力值。测试也是在印刷后60分钟进行的。在测试前保持较长的时间，附着力通常会得到提高。
实施例1：图像附着力
形成了示例性和对比印刷材料，并进行评估，以测定使用Dixon涂布机在施胶压制机处将纸张添加剂加入纸中对LEP印刷附着力(图像附着力)的影响。所用材料的量基于基材吸取或吸收淀粉溶液的难易程度进行调整。在处理时用于处理纸的淀粉溶液处于50℃和55℃之间的温度。
预制了适于胶版印刷或LEP印刷的未涂布的良好纸卷并将其用作基础基材(basesubstrate,原基材)。这种原纸是在商用造纸机上制造的，并且未经施胶压制处理。在当前实施例中使用的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。将纸以池式施胶压制模式(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卷轴上。
各种配制物的结果可见表1。在当前实施例中，具有40#/ton淀粉的0.3％(6#/ton)imPressTM ID-115(Solenis，LLC,一种基于聚乙基噁唑啉的聚合物)(样品2)与单独的淀粉(样品1)相比图像附着力提高了32％。结果表明，当将0.2％(4#/ton)的PerFormTM PB9007(样品3)(一种聚合氯化铝(PAC))添加到样品2的imPress ID-115和淀粉配制物中时，图像附着力比样品1(仅淀粉)提高了49％。当PerFormTM PB9007被LudoxTM CL胶态二氧化硅和LudoxTM AM-30二者替代时(见样品4-6)，也看到了类似的改进。所有LudoxTM产品均得自W.R.Grace公司。结果表明，在配制物中添加胶态二氧化硅可以增强粘附性能。
表1-未校正的％油墨附着力
Figure BDA0004113846780000131
实施例2：未校正的％油墨附着力
将实施例1中使用的工艺和条件用于以下实施例。imPressTM ID-115(一种基于聚乙基噁唑啉的聚合物)的水平保持恒定在6#/ton，但是样品1除外，样品1是仅含淀粉并且没有imPressTM ID-115的对照样品。这里使用实施例1中使用的290％油墨覆盖率试验的10分钟附着力来进行比较。如上所述，所有测试都在RIT运行。表2中所示的结果示出了未校正的％油墨附着力。
表2-未校正的％油墨附着力
样品 添加剂 未校正的％油墨附着力
1 淀粉 66
2 <![CDATA[imPress<sup>TM</sup>ID-115/淀粉对照]]> 79
3 0.2％PAC 87
4 <![CDATA[0.1％Ludox<sup>TM</sup> CL]]> 79
5 <![CDATA[0.2％Ludox<sup>TM</sup> CL]]> 88
6 <![CDATA[0.2％Ludox<sup>TM</sup> AM]]> 86
7 <![CDATA[0.2％Ludox<sup>TM</sup> TM40]]> 84
8 <![CDATA[0.2％Ludox<sup>TM</sup> LS]]> 86
9 <![CDATA[0.2％Ludox<sup>TM</sup> TMA]]> 83
10 <![CDATA[0.2％Ludox<sup>TM</sup> AS-40]]> 88
11 <![CDATA[imPress<sup>TM</sup> ID-115对照]]> 79
该研究的结果表明，需要含量高于0.1％(3#/ton)的胶态二氧化硅来提高图像附着力。在0.2％(4#/ton)的水平下，多种胶态二氧化硅材料提高可了附着力。LudoxTM胶态二氧化硅是WR Grace公司的产品。提高的附着力是出乎意料的。
实施例3
用包含乙基化淀粉、imPressTM ID-115(聚乙基噁唑啉)和胶态二氧化硅的配制物(样品3-7)处理市售纸的表面。此外，向每个配制物中加入氯化钠溶液和荧光增白剂。NaCl和荧光增白剂(OBA)的添加水平达到最终干纸的某个重量百分比。乙基化淀粉的添加水平是最终干纸的某个重量百分比。表3提供了PEOx的水平、二氧化硅的类型和二氧化硅的水平。对样品进行测试以确定使用Indigo 7000系列印刷机以所谓的4色模式印刷得到的图像的附着力，其中四种颜色中的每一种按顺序以52份黄色、66份品红色、72份青色和100份黑色调色剂印刷。与前面的实施例一样，总油墨覆盖率为290％，并且按照HP的指示对图像附着力进行测试。10和60分钟后，通过与实施例1和2相同的胶带测试来测定附着力。
表3
Figure BDA0004113846780000151
imPress AS-450和AS-452是Solenis,LLC的胶态二氧化硅产品。
PW-50EC是由W.R.Grace公司提供的较大颗粒胶态二氧化硅。
二氧化硅粒度和表面积由二氧化硅产品的制造商报告，它们的值记录在文件中。粒度通常使用诸如在以下所述的设备由稀溶液的光散射来测定：Nanomaterials(Basel).2018Jul；8(7):454.2018年6月21日在线公开.doi:10.3390/nano8070454,Effects ofSample Preparation on Particle Size Distributions of Different Types ofSilica in Suspensions(样品制备对悬浮液中不同类型二氧化硅粒度分布的影响),Rodrigo R.Retamal Marín,1,*Frank Babick,1Gottlieb-Georg Lindner,2MartinWiemann,3and Michael Stintz1。表面积通常由诸如ASTMD 5604-96的方法确定。
考虑10分钟和60分钟附着力，研究结果表明，与对照物(样品2)相比，向配制物中添加胶态二氧化硅(样品3和4)表现出附着力的改善。从样品6可以看出，粒度为0.4nm的非胶态二氧化硅与对照物相比，附着力没有显示改善。最后，结果显示，微孔硅铝酸盐(样品7)没有提供附着力的改善，这在60分钟的测试中可以清楚地看到。
虽然在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施方案，但是应当理解存在大量的变型。还应当理解，所述至少一个示例性实施方案仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，以上详细描述将为本领域技术人员提供用于实施本公开的示例性实施方案的方便路线图。应当理解，在不脱离如所附权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可以对示例性实施方案中描述的要素的功能和布置进行各种改变。

Claims (27)

1.一种用于处理基材的水基组合物，其中所述水基组合物包含：促粘聚合物；胶态二氧化硅；和任选的聚合物胶粘剂；其中所述促粘聚合物包含一种或多种包含叔酰胺基团的重复单元，并且其中所述叔酰胺重复单元为促粘聚合物的约70摩尔％至约100摩尔％。
2.根据权利要求1所述的水基组合物，其中所述水基组合物具有大于约3％重量的固体和小于约1000cps的粘度，能具有大于约4％重量的固体和小于约500cps的粘度，并且能具有大于约5％重量的固体和小于约200cps的粘度。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述促粘聚合物的所述一种或多种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-二甲基丙烯酰胺及其组合的单体形成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中所述促粘聚合物的所述一种或多种重复单元由选自2-乙基-2-噁唑啉、2-甲基-2-噁唑啉及其组合的单体形成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的组合物，其中所述促粘聚合物是均聚物。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的组合物，其中所述促粘聚合物是聚乙基噁唑啉。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的组合物，其中所述胶态二氧化硅具有阳离子或阴离子的表面电荷。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的组合物，其中所述胶态二氧化硅的平均粒度小于约150纳米，能小于约100纳米，并且能小于约25纳米。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的组合物，其中所述胶态二氧化硅的平均粒度为约0.4至120纳米，并且能为约1纳米至100纳米。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的组合物，其中所述胶态二氧化硅的表面积能大于约50m2/g、能大于约100m2/g、能大于约200m2/g并且能大于约220m2/g。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的组合物，其中所述胶态二氧化硅颗粒是碱性的。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的组合物，其中所述胶态二氧化硅表面是来自水合氯化铝化合物与所述胶态二氧化硅表面的反应产物。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的组合物，其中所述任选的聚合物胶粘剂占总组合物的0至约98％重量，能为总组合物的约5％重量至约90％重量并且能为总组合物的约10％重量至约80％重量。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的组合物，其中所述任选的聚合物胶粘剂选自聚乙烯醇、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-丁二烯胶乳及其组合。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的组合物，其中所述任选的聚合物胶粘剂是水溶性羟基官能的聚合物。
16.根据权利要求1-14中任一项所述的组合物，其中所述任选的聚合物胶粘剂是选自氧化淀粉、阳离子化淀粉、乙基化淀粉、酯化淀粉、酶促变性淀粉及其组合的淀粉。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的组合物，其中促粘聚合物与胶态二氧化硅的重量比为约1:2至约1:0.2，能为约1:1至约1:0.5，并且能为约1:0.7至约1:0.5。
18.一种用于处理基材以提高图像附着力的方法，其包括：
a.提供基材；
b.将水基组合物施用于基材以形成经处理的基材，所述组合物包含：促粘聚合物，其含有一种或多种包括叔酰胺基团的重复单元，并且所述叔酰胺重复单元为促粘聚合物的约70摩尔％至约100摩尔％；胶态二氧化硅；和任选的聚合物胶粘剂；
c.干燥经处理的基材；和
d.将液体调色剂施用于经处理的基材以在经处理的基材上形成图像。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述基材是具有相对无孔表面的纸制品，并且其中基于基材的总重量，施用于基材表面的促粘聚合物的量以干重计为约0.0075gsm至约0.375gsm，以干重计能为基材的总重量的0.0115gsm至约0.165gsm，能为约0.015gsm到约0.095gsm，并且能为0.015gsm至约0.04gsm；并且基于基材的总重量，施用于基材表面的胶态二氧化硅的量以干重计能为约0.004gsm至约0.2gsm，并且能为约0.005gsm至约0.15gsm。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中所述基材选自纸制品、纤维毡、织造纤维材料、非织造纤维材料、塑料膜及其组合。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的方法，其中所述基材是纸制品并且所述纸制品在向其施用所述水基组合物之前未被涂布。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述基材是纤维毡。
23.根据权利要求18-22中任一项所述的方法，其中所述组合物包含重量比为约1:2至约1:0.2的促粘聚合物和胶态二氧化硅，所述重量比能为约1:1至约1:0.5，并且能为约1:0.7至约1:0.5。
24.根据权利要求18-23中任一项所述的方法，其中所述组合物在造纸机的施胶压制处施用，其中：
a.促粘聚合物以纸干重的约某百分比的量施用于基材，所述量能为纸干重的约0.1％至约1％，能为纸干重的约0.15％至约0.7％；
b.胶态二氧化硅以纸干重的约0.1％至约1％的量施用于基材，并且所述量能为基材干重的约0.15％至约0.7％。
25.根据权利要求18-24中任一项所述的方法，其中小于50％的施用于基材表面的组合物的固体渗透到基材中超过10微米。
26.一种用于提高电子照相图像对经处理的基材的附着力的方法，其包括：
提供基材；
将组合物施用于基材从而形成经处理的基材，所述组合物包含促粘聚合物和胶态二氧化硅，所述促粘聚合物含有一种或多种包括叔酰胺基团的重复单元，并且其中所述叔酰胺重复单元为促粘聚合物的约70摩尔％至约100摩尔％；
将液体调色剂施用于经处理的基材以在经处理的基材上形成电子照相图像。
27.根据权利要求26所述的方法，其中在经处理的基材上形成的图像对经处理的基材的附着力保持率大于约80％，能大于约85％、能大于约90％并且能大于95％。
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