JP2012530627A - コーティングされた基材及びその調製方法 - Google Patents

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Abstract

コーティングされた基材を調製するための方法であって:基材を用意する工程と;前記基材の少なくとも片面に、40m/gを超えるBET表面積を有する多孔性アニオン性顔料粒子及びバインダーを含む第1水性組成物の第1コーティング層を塗布する工程と;前記第1コーティング層に、カチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子及びポリアルキレングリコールを含む第2水性組成物の第2コーティング層を塗布する工程とを含む方法が提供される。第1コーティング層と第2コーティング層との組み合わせでコーティングされた基材は、高品質及び速乾性インクジェット印刷物に適した基材を提供することが見いだされている。

Description

本発明は、コーティングされた基材の調製方法、並びにコーティングされた基材自体に関する。
インクジェットプリンタの開発は、その目的に適した紙の需要をもたらした。特に、製造法が簡単でありながら、それでもなお高品質のインクジェット印刷を可能にする紙に対する需要が存在する。
インクジェット印刷に適した紙を製造するための様々な種類のコーティングの使用については開示されている。当該のコーティングの例は、米国特許出願公開第2002/0039639号、同第2002/0164464号、同第2003/0099816号、同第2003/0224129号、同第2004/0255820号及び同第2005/0106317号、米国特許第4554181号、同第5551975号、同第6472013号及び同第6797347号、並びに国際公開第03/011981号、国際公開第01/53107号、国際公開第01/45956号、欧州特許第947349号、欧州特許第1120281号、欧州特許第1106373号及び欧州特許第1580019号に開示されている。その他の例には、シリカ、ポリエチレングリコール及び有機バインダー、例えばデンプン若しくはポリビニルアルコールを含むコーティング組成物について開示している米国特許第6416626号、同第5352503号及び同第6110601号が包含される。
シリカ又はシリケートをベースとする新世代のコーティング組成物は、国際公開第2006/049545号、国際公開第2006/049546号、国際公開第2006/049547号及び国際公開第2008/105717号に開示されている。国際公開第2006/049545号は、コロイド状シリカ又はアルミノシリケートを増量剤粒子と組み合わせて含むコーティング組成物について開示している。国際公開第2006/049546号は、シリカ又はアルミノシリケートを水溶性アルミニウム塩又はカチオン性ポリマーと組み合わせて含むコーティング組成物について開示している。国際公開第2006/049547号は、コロイド状シリカ又はアルミノシリケートを、任意の有機コーティングバインダーを加えずに使用できる水溶性アルミニウム塩又はカチオン性ポリマーと組み合わせて含むコーティング組成物について開示している。国際公開第2008/105717号は、コロイド状シリカ又はアルミノシリケートを水溶性アルミニウム塩又はカチオン性ポリマー及びポリアルキレングリコールと組み合わせて含むコーティング組成物について開示している。
米国特許出願公開第2002/0039639号 米国特許出願公開第2002/0164464号 米国特許出願公開第2003/0099816号 米国特許出願公開第2003/0224129号 米国特許出願公開第2004/0255820号 米国特許出願公開第2005/0106317号 米国特許第4554181号 米国特許第5551975号 米国特許第6472013号 米国特許第6797347号 国際公開第03/011981号 国際公開第01/53107号 国際公開第01/45956号 欧州特許第947349号 欧州特許第1120281号 欧州特許第1106373号 欧州特許第1580019号 米国特許第6416626号 米国特許第5352503号 米国特許第6110601号 国際公開第2006/049545号 国際公開第2006/049546号 国際公開第2006/049547号 国際公開第2008/105717号
本発明の目的は、コーティングされた基材、特にインクジェット印刷に適したコーティングされた基材を調製するための方法であって、実施するのが容易な方法を提供することである。本発明の又別の目的は、コーティングされた基材、特にインクジェット印刷に適した当該のコーティングされた基材であって、製造方法が容易な基材を提供することである。本発明のさらに又別の目的は、インクジェット印刷に適した、高品質の印刷物を可能にするコーティングされた基材を提供することである。
上述の目的は、新規な2種のコーティング組成物の組み合わせによって達成できることが見いだされている。
そこで、第1態様では、本発明は、コーティングされた基材を調製するための方法であって:a)基材を用意する工程と;b)前記基材の少なくとも片面に、40m/gを超えるBET表面積を有する多孔性アニオン性顔料粒子及びバインダーを含む第1水性組成物の第1コーティング層を塗布する工程と;c)前記第1コーティング層上に、カチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子及びポリアルキレングリコールを含む第2水性組成物の第2コーティング層を塗布する工程とを含む方法に関する。
第2態様では、本発明は、本発明の方法によって得ることのできるコーティングされた基材に関する。
第3態様では、本発明は、部品のキットであって、40m/gを超えるBET表面積を有する多孔性アニオン性顔料粒子及びバインダーを含む第1水性組成物、及びカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子及びポリアルキレングリコールを含む第2水性組成物を包含する部品のキットに関する。
第1コーティング層と該第1コーティング層上の第2コーティング層との組み合わせでコーティングされた基材は、高品質及び速乾性のインクジェット印刷物に適した基材を提供することが見いだされている。第2相は、高光沢を備える滑らかな表面を可能にしながら、インクジェットプリンタに利用されるインク中で顔料及び染料を保持及び結合するためには極めて適するが、第2相はインク液体吸収能力が劣っている。第1層はインク液体吸収能力に優れているので、そこで表面内へのインク液の吸収に役立つことができる。そこで、本発明は、高光沢及びインクの速乾性を備える、インクジェット印刷に適したコーティングされた基材を可能にする。さらに、本発明の方法は、製造施設内で相当容易に実行することができる。
以下では、本発明の詳細な説明において、本発明のこれらやその他の態様について説明する。
本発明は、添付の特許請求項の考えられるあらゆる組み合わせに関することに留意されたい。
本発明は、コーティングされた基材、特にインクジェット印刷に適した基材、及び当該のコーティングされた基材を調製するための方法に関する。この基材は、好ましくは紙又は板紙ウェブであるが、他の基材、例えばプラスチックフィルム(例えばOH−フィルムとして使用するためのプラスチックフィルム)及び織物ウェブなどであるがそれらに限定されない基材も又企図されている。
コーティング対象の紙及び板紙は、任意の種類のパルプ、例えば化学パルプ(例えばスルフェート、スルファイト及びオルガノソルブパルプ)、メカニカルパルプ(例えばサーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP))、未使用若しくは再生繊維をベースとする硬材及び軟材の漂白若しくは未漂白パルプ両方からの精製パルプ若しくは砕木パルプ、又はそれらの任意の組み合わせから製造することができる。任意の他の種類のパルプからの紙及び板紙も又、本発明によってコーティングすることができる。紙及び板紙は、本質的に様々な程度にサイジングされていてもサイジングされていなくてよく、さらに一般に使用される充填剤、例えば様々な種類のクレイ、カルシウムカーボネート、タルクなどを含有していてよい。紙は、任意で、例えばデンプンを用いて表面処理されてよい。坪量は広範囲内で、例えば約40〜約800g/m若しくはそれ以上、又は約70〜約300g/m内で変動してよい。以下の説明では、用語「紙」は、紙及び板紙の両方を意味する。
典型的には、本発明のコーティングされた基材は、2段階コーティングプロセスで製造される。第1工程では、本明細書に規定した第1水性組成物が、基材、例えば紙基材の少なくとも片面に、その上に第1コーティング層を形成するために塗布される。第2工程では、本明細書に規定した第2水性組成物が、第1水性組成物とは相違して、第1コーティング層上に第2コーティング層を形成するために塗布される。追加のコーティング層が第1コーティング層及び第2コーティング層の間に配列されないのが好ましい。
第1水性組成物は、多孔性でアニオン性の、好ましくは40m/gを超えるBET表面積を有する無機顔料粒子及びバインダーを含んでおり、典型的には基材に水性分散液の形状で塗布される。組成物のBET表面積は、組成物中の全顔料粒子の重量平均BET表面積として計算される。40m/gを超えるBET表面積を有する顔料粒子は、好ましくは、沈降シリカ、ヒュームドシリカ、又はゲル状シリカ若しくはシリケートをベースとする顔料粒子を含んでいる。好ましくは、無機顔料粒子は約50〜、例えば約70〜約500、例えば〜約400m/gのBET表面積を有する。
本明細書で使用する「BET表面積」は、Brunauer, S, Emmett, P.H., and Teller, E, 「Adsorption of gases in Multimolecular Layers」 J. Am. Chem. Soc., 1938, 60 (2), pp 309-319に記載された方法によるN吸収率の測定、及びMicromeritics ASAP 2010機器を使用した177KでのN吸収率の測定の結果として生じる表面積を意味する。
好ましくは、第1水性組成物は、約0.15〜、例えば約0.30〜約1.5、例えば〜約1.2cm/gのBET細孔容積を有する顔料粒子を含んでいる。本明細書で使用する用語「BET細孔容積」は、Brunauer, S, Emmett, P.H, and Teller, E(上記)によって記載された方法によるN吸収率の測定からの細孔容積を意味する。
第1組成物は、上述したシリカ若しくはシリケートをベースとする顔料粒子に加えて、又はその代りに他のタイプの顔料粒子を含むことができる。当該の顔料粒子の例には、カオリナイト、スメクタイト、タルサイト、カルシウムカーボネート鉱物、沈降カルシウムカーボネート、カルシウムスルフェート及びそれらの混合物が包含されるがそれらに限定されない。しかし好ましくは、第1組成物では、シリカ顔料粒子は、顔料粒子の総量の50〜100重量%を構成してよい。
沈降シリカは、水性媒体中の最終シリカ粒子がゆるい凝集体として凝固させられ、回収され、洗浄され、及び乾燥させられると形成されるシリカを意味する。沈降シリカは、例えばTixosil(商標)、Zeolex(商標)123などの商標の下で市販されている。
ゲル状シリカは、シリカゲルから形成された粒子を意味する(通常は、隣接するコロイド状シリカ粒子から構成される、コヒーレントである、固定された三次元網目構造と説明される)。ゲル状シリカは、例えば商標Sylojet(商標)の商標の下で市販されている。
ヒュームドシリカは、火炎加水分解法によって調製されたシリカを意味する。ヒュームドシリカは、例えば商標Cabosil(商標)及びAerosil(商標)の商標の下で市販されている。
第1組成物のための第1水性組成物中には、乾燥させたときに、適切な特性、例えば層完全性及びベース基材への接着性を有するコーティング層を基材上に形成するために、1つ又はそれ以上のバインダーが包含される。本発明の実施形態では、1つ又はそれ以上のバインダーは、1つ又はそれ以上の有機バインダーを含んでいる。当該の有機バインダーの例には、ポリビニルアルコール、任意で改質デンプン、ガム、タンパク質バインダー(例、カゼイン及び大豆タンパクバインダー)、ラテックス(スチレンブタジエン、アクリレート、ビニルアセテート、エチレン及びビニルアセテートのコポリマー、スチレンアクリル酸エステルなどをベースとする)並びにそれらの混合物が包含されるがそれらに限定されない。バインダーは、例えば、約5pph(顔料100重量部当たりの重量部)、例えば約10〜約50、例えば〜約40pph、例えば10〜30pphの範囲内の量で存在してよい。
さらに、第1組成物は、レオロジー調整剤、例えばセルロース誘導体、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)を含んでいてよい。第1組成物中のレオロジー調整剤の量は、所望の粘度に依存するが、約0〜、例えば約0.5〜約15、例えば〜約10pph(顔料100重量部当たりの重量部)の範囲内であってよい。第1組成物は、典型的には水性分散液の形状にある。本組成物の水及び任意のレオロジー調整剤の含量は、好ましくは、適切な粘度を有する組成物が得られるように調製される。この所望の粘度レベルは、当業者であれば公知であるように基材に本組成物を塗布する方法に依存するが、一般には、4番スピンドルを装備したブルックフィールド(Brookfield)粘度計上で25℃、50rpmで測定した場合に100cP〜2,000cPの範囲内にある。
第1水性組成物中の顔料粒子の総含量は、好ましくは全組成物の約1〜約70重量%、最も好ましくは約5〜約60重量%、特に最も好ましくは全水性組成物の約10〜約60重量%又は約20若しくは約25さえ〜約60重量%である。
第1組成物はさらに、紙コーティング組成物中で通常使用される他の従来型成分、例えば蛍光増白剤、着色染料、不溶化剤、潤滑剤、殺菌剤、安定剤、サイズ剤、消泡剤などの成分を含むことができるがそれらに限定されない。
第1水性組成物の顔料粒子は、好ましくはアニオン性である。第1水性組成物の好ましい成分は必然的にアニオン性であり、このため本組成物の調製法は当分野において確立されている。
第1水性組成物は、当業者には公知の任意のタイプのコーティング手段を使用してベース基材に塗布される。本組成物は、典型的には全基材面上に本質的に連続するコーティング層を形成するために塗布されるが、パターン法で基材上にコーティングを配列することも又企図されている。
第1水性組成物は、好ましくは基材上に、約0.4〜約40g/m(基材のコーティング面)、より好ましくは約0.5〜約40g/m、最も好ましくは約1〜約25g/mの乾燥組成物重量を備える第1コーティング層を生じさせるために十分な量で塗布される。
第2水性組成物は、基材上に層状構造を形成するために、第1水性組成物から得られた第1コーティング層の上に塗布されなければならない。第2水性組成物は、カチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子を含み、さらにポリアルキレングリコールを含んでいる。ポリアルキレングリコールは、好ましくは第2水性組成物中の有機材料の総量の50〜100、例えば60〜100又は70〜100重量%を構成する。第2水性組成物中のポリアルキレングリコール含量は、好ましくは約2pph(乾燥シリカ若しくはシリケートをベースとする粒子100重量部当たりの重量部)、例えば乾燥シリカ若しくはシリケートをベースとする粒子100重量部に基づいて約10〜約60、例えば〜約60、例えば〜約50、例えば〜約40pphである。
ポリアルキレングリコールが存在することは、粒子が高濃度になることを可能にし、単一コーティング作業において多量の粒子を紙又は板紙上に塗布することを可能にすることが見いだされている。さらに素晴らしい結果は、紙及び板紙を他の有機材料、特に有機バインダーを全く又はほんの少量しか含まない第2水性組成物でコーティングすることによって得ることができる。そこで第2水性組成物は、好ましくは有機バインダーを含んでいない、又は顔料粒子の総量に基づいて、30未満、好ましくは10未満、最も好ましくは3未満、又は1重量%未満の有機バインダーしか含んでいない。当該の有機バインダーの例には、第1水性コーティング組成物と結び付けて上述した有機バインダーが包含されるがそれらに限定されない。
本明細書で使用する用語「ポリアルキレングリコール」は、好ましくは実質的に他の共重合モノマーを含んでいないアルキレンオキシドのポリマーを意味する。好ましいポリアルキレングリコールは、実質的に置換基を含んでいない。有用なポリアルキレングリコールには、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール、及びそれらの混合物が包含されるが、それらの内ではポリエチレングリコールが特に好ましい。ポリアルキレングリコールの平均分子量Mは、好ましくは約10,000〜、例えば約20,000〜約500,000、例えば〜約300,000Dである。高い分子量、例えば100,000より高い、例えば約200,000D又はそれ以上は、高温でのカレンダー加工を可能にするので一部の場合に有益であり、順に高温でのカレンダー加工は製品をより高光沢にさせる。
第2水性組成物は、好ましくは合成及び非晶質であるカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子を含んでいる。比較的に多量のカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子とポリアルキレングリコールとの組み合わせは、コーティングされた基材、例えばコーティングされた紙の素晴らしい印刷特性を与えることが見いだされている。
カチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子は、好ましくは約5〜125nm、例えば10〜100nmのコロイド平均粒径を有する。第2水性組成物中のカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子は、好ましくは約25μm未満、より好ましくは約15μm未満の平均径を有する多孔性凝集体に凝集することがある。当該の多孔性凝集体の平均径は、それからそれらが形成される粒子の平均径より常に大きい。本明細書で使用する用語「径」は、相当球径を意味する。凝集体の表面積は、通常は本質的に該凝集体を形成するカチオン性コロイド粒子の表面積と同一である。カチオン性コロイド粒子は、好ましくは、G.W. Sears in J. Anal. Chem, 28, 1981によって報告された方法によって測定した場合に、約30〜約600m/g、より好ましくは約30〜約450m/g、最も好ましくは約40〜約400m/g又は約50〜約300m/gの表面積を有する。
第2組成物中のコロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子の正味表面電荷は主として正であり、その場合、これらの粒子はカチオン性であると見なされる。
第2水性組成物のシリカ若しくはシリケートをベースとする粒子のカチオン性の性質は、例えば、市販されている、主としてカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子、例えばカチオン性シリカゾルを使用することによって、又はカチオン性成分を、主としてアニオン性シリカ又はシリケートをベースとする粒子、例えばアニオン性シリカゾルを含む組成物へ加えることによって達成できる。
カチオン性成分として、第2組成物は好ましくは水溶性アルミニウム塩、カチオン性有機ポリマー又はそれらの混合物を含んでいる。
水溶性アルミニウム塩は、好ましくは第2水性組成物中に、コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子上でAlの重量%として計算して、約0.1〜約10重量%、最も好ましくは約0.2〜約5重量%の量で存在する。任意のアルミニウム含有塩を使用することができ、塩の例には、アルミニウムクロライド、ポリアルミニウムクロライド、ポリアルミニウムシリケートスルフェート、アルミニウムスルフェート、及びそれらの混合物が包含される。アルミニウムは、部分的又は完全にコロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子及び任意の他の顔料粒子上又は水相中に存在してよい。
第2水性組成物中の水溶性アルミニウム塩の全含量は、カチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子由来であってよい。しかし、顔料組成物は、さらに追加の水溶性アルミニウム塩を含んでいてよい。
カチオン性有機ポリマーは、好ましくは約2,000〜約1,000,000D、最も好ましくは約2,000〜約500,000D、又は約4,000〜約200,000Dの平均分子量Mを有している。電荷密度は、好ましくは約0.2〜約12meq/g、最も好ましくは約0.3〜約11meq/g、又は約0.5〜約10meq/gである。カチオン性有機ポリマーは、第2水性組成物中に乾燥顔料粒子の量に基づいて、好ましくは約0.1〜約20重量%、より好ましくは約0.3〜約15重量%、最も好ましくは約0.4〜約10重量%の量で存在する。適切なカチオン性有機ポリマーの例には、好ましくは分子量及び電荷密度に関して上記の仕様を満たしている合成及び天然高分子電解質、例えばPAM(ポリアクリルアミド)、ポリDADMAC(ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド)、ポリアリルアミン、ポリアミン、多糖類及びそれらの混合物が包含されるカチオン性ポリマーは、部分的又は完全にコロイド状シリカ又はシリケートをベースとする。粒子及び任意の他の顔料粒子上又は水相中に存在してよい。
第2水性組成物中のカチオン性ポリマーの全含量は、カチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子由来であってよい。しかし、顔料組成物は、さらに追加のカチオン性ポリマーを含んでいてよい。
特に好ましい第2水性組成物は、上記で説明した水溶性アルミニウム塩及び上述したカチオン性ポリマーの一方又は両方を含んでいる。
第2水性組成物中のカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子の乾燥含量は、好ましくは約0.5〜約70重量%、最も好ましくは約1〜約60重量%である。
1つの実施形態では、第2組成物のカチオン性コロイド粒子は、シリカをベースとする粒子を含んでいる。又別の実施形態では、カチオン性コロイド粒子は、シリケートをベースとする粒子、例えばアルミノシリケート又はボロシリケートを含んでいる。コロイド状ボロシリケート粒子及びそれらの調製物の例には、例えば国際公開第99/16708号に記載されたものが包含される。様々な種類のカチオン性コロイド状シリカをベースとする、及びシリケートをベースとする粒子の混合物、又はそれらの凝集体も又使用できる。
第2水性組成物中のカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子は、好ましくはコロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子のゾル由来である。第2水性組成物中のコロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子のゾルは、好ましくはアルカリ金属シリケートの水溶液から形成されているが、このときアルカリ金属イオンが水素イオンと置換される。低塩含量のゾルを得るためには、イオン交換又は膜処理が好ましくは使用される。イオン交換に基づくプロセスは、R.K. Iler, 「The Chemistry of Silica」 1979、第333〜334頁に記載された基本原理に従っており、シリカ又はシリケートをベースとする粒子の負又は正に帯電したコロイド粒子を含む水性ゾルを生じさせる。
第2水性組成物は、例えば金属酸化物若しくは他の金属塩、例えばアルミニウム、チタン、クロム、ジルコニウム、ホウ素又は任意の他の適切な金属の酸化物若しくは他の塩を用いてコア若しくは表面修飾されてもされなくてもよいシリカのコロイド粒子を含むことができる。
コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子の適切な水性ゾルは、例えばLudox(商標)、Snowtex(商標)、Bindzil(登録商標)、Nyacol(商標)、Vinnsil(商標)又はFennosil(商標)の商標の下で市販されている。
例えば沈降シリカ、ゲル状シリカ若しくはヒュームドシリカの粉末を分散させることによって形成されるゾルとは相違して、アルカリ金属シリケートからイオン交換又は膜処理によって調製されるゾル中のコロイド状シリカは、一度も粉末へ乾燥させられていない。
アルカリ金属シリケートからイオン交換によって調製されたゾル、及び特に比較的に小さな表面積を有するゾルは、有機バインダーを使用せずに済ますことができるほど基礎表面への顔料粒子の優れた付着を生じさせることが見いだされている。
第2水性組成物中のカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子の一部又は全部は、凝集体の形状にあってよい。ゾル中の粒子が凝集体の分散液を形成するための凝集は、任意の適切な方法、例えばR.K. Iler, 「The Chemistry of Silica」 1979、第364〜407頁に記載された方法を用いて実施することができる。凝集度は、粘度を測定し、Einstein and Mooney方程式(例えば、R.K. Iler, 「The Chemistry of Silica」 1979、第360〜364頁を参照されたい)を適用することによって追跡することができる。凝集は、別個の工程として、又は他の顔料粒子をさらに含む混合物中で実施することができる。
1つの実施形態では、アニオン性ゾル(負に荷電したコロイド粒子を含む)及びカチオン性ゾル(正に荷電したコロイド粒子を含む)が混合され、結果として両方のゾルからの粒子のカチオン性凝集体が形成される。
又別の実施形態では、1つの塩、好ましくは二価、多価若しくは錯塩から選択される塩がアニオン性又はカチオン性ゾルに加えられ、同様に結果としてカチオン性凝集体が形成される。塩の例には、アルミニウムクロライド、ポリアルミニウムクロライド、ポリアルミニウムシリケートスルフェート、アルミニウムスルフェート、ジルコニウムカーボネート、ジルコニウムアセテート、アルカリ金属ボレート、及びそれらの混合物である。
さらに又別の実施形態では、一次粒子から凝集体を形成するために架橋物質が使用される。適切な架橋物質の例は、合成及び天然高分子電解質、例えばCMC(カルボキシメチルセルロース)、PAM(ポリアクリルアミド)、ポリDADMAC(ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド)、ポリアルキルアミン、ポリアミン、デンプン、グアーガム、及びそれらの混合物である。
上記の凝集方法の1つ、2つ又は全3つを包含する任意の組み合わせも又使用できる。
第2水性組成物は、追加して1つ又はそれ以上の他の無機材料の粒子、例えばカオリナイト、スメクタイト、タルサイト、カルシウムカーボネート鉱物、沈降カルシウムカーボネート、カルシウムカーボネート、沈降シリカ、ゲル状シリカ、ヒュームドシリカ及びそれらの混合物の粒子を含むことができる。
第2水性組成物中のカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子の含量は、固体粒子の総量の好ましくは約10〜100重量%、最も好ましくは約30〜100重量%又は約50〜100重量%である。
第2水性組成物中の粒子の総含量は、好ましくは約1〜約80重量%、最も好ましくは約5〜約70重量%、特に最も好ましくは約10〜約60重量%又は約20若しくは約25さえ〜約60重量%である。
第2水性組成物は、さらに又紙加工用に一般に使用される他の添加物、例えば蛍光増白剤、着色染料、不溶化剤、潤滑剤、殺菌剤、安定剤、サイズ剤、消泡剤などの成分、並びに原料からの様々な不純物を含む可能性がある。他の添加物及び可能性のある不純物の総量は、乾燥含量に基づいて、好ましくは0〜約50重量%、最も好ましくは0〜約30重量%である。顔料組成物の総乾燥含量は、好ましくは約2〜約80重量%、最も好ましくは約10〜約75重量%、又は約20若しくは約30さえ〜約75重量%である。
第2水性組成物としては、一次コロイドシリカ若しくはシリケートをベースとする粒子又はそれらの凝集体の粒子を含み、小さな表面積、好ましくは450m/gより小さい表面積を備える、及び上記で説明したようにアルカリ金属シリケートからイオン交換によって調製された組成物が好ましいことが見いだされている。
第2水性組成物は、典型的にはポリアルキレングリコールとコロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子を含む水性組成物とを混合する工程によって調製される。ポリアルキレングリコールは、好ましくはカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子の水性分散液に、例えば固体粉末を該水性分散液に溶解させる工程によって加えられるが、さら又事前に例えば水中に希釈又は溶解させられてもよい。水溶性アルミニウム塩及び/又はカチオン性有機ポリマーを含む組成物は、好ましくはこれらの成分を水性分散液、例えば本明細書に記載したような他の顔料粒子を含むコロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子のゾルと混合し、その後にポリアルキレングリコールを加える工程によって得られる。コロイド状シリカ又はシリケート粒子、水溶性アルミニウム塩及びカチオン性ポリマーは、好ましくは、実質的なゲル化又は沈降が回避されるような方法で混合される。例えば、アルミニウム塩及びカチオン性ポリマーは、それらの水溶液を形成するために混合されてよく、その後にコロイド状及び任意で他の顔料粒子の水性分散液を、好ましくは結果として生じる分散液中で粒子のカチオン性正味帯電が常に存在することを保証するためにそこに攪拌下で加えることができる。コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子及び任意で他の顔料粒子をアルミニウム塩及びカチオン性ポリマーと混合する様々な適切な方法も又、上記で記述した国際公開第2006/049546号及び第2006/049547号に記載されている。
第2水性組成物は、基材上に、好ましくは約0.4〜約40g/m(基材のコーティング面)、より好ましくは約0.5〜約40g/m、最も好ましくは約1〜約25g/mの乾燥組成物重量を備える第2コーティング層を生じさせるために十分な量で塗布される。
コーティング層を形成するために第1及び第2水性組成物を塗布する方法には、ブレードコーティング法、エアナイフコーティング法、ロールコーティング法、カーテンコーティング法、スプレーコーティング法、サイズプレスコーティング法及びキャストコーティング法が包含されるがそれらに限定されない。計測フィルムプレスコーティング法の場合には、様々なロッド及びロッド圧、例えば約0.5〜約8bar、例えば約1〜約5barを使用できよう。
紙又は板紙をコーティングする場合には、コーティングは抄紙機若しくは板紙抄紙機内又は抄紙機若しくは板紙抄紙機外で実施することができる。
コーティングを塗布した後、コーティングされた基材は乾燥させられるが、オンマシンコーティング法では、これは好ましくは該機械の乾燥区画で遂行される。任意の乾燥手段、例えば赤外線、温風、加熱シリンダ又はそれらの任意の組み合わせを使用できる。紙は、次に任意の種類の従来型処理、例えばカレンダー加工などを受けることができる。様々なカレンダーリング圧力(ライン負荷)を使用すると所望の表面平滑度、例えば約20kN/m若しくはそれ以下から約700kN/m若しくはそれ以上、又は約50若しくは約100〜約600kN/mを達成することができる。
好ましくは、乾燥する中間工程及び任意でさらにカレンダー加工する工程は、該基材上で第1組成物がコーティングされた後、及び該基材が第2組成物でコーティングされる前に実施される。
本明細書で使用する用語「コーティング法」は、顔料が基材の表面に塗布される任意の方法を意味するので、そこで従来型コーティング法だけではなく例えば顔料着色法などの他の方法も包含する。
本発明の1つの態様は、部品のキットであって、本明細書で記載したような基材、例えば本明細書で記載した原紙をコーティングするために使用することが意図された、第1水性組成物及び本明細書で記載した第2水性組成物を含むキットに関する。
本発明の又別の態様は、コーティングされた基材、特に上述した方法によって入手できるコーティングされた紙又は板紙に関する。本発明のコーティングされた基材、特にコーティングされた紙又は板紙は1つの基材を含んでおり、その少なくとも片面上には上述した第1水性組成物の第1コーティング層、及び該第1コーティング層の上に配列される上述した第2水性組成物の第2コーティング層が提供される。第1及び第2水性組成物は、それらの塗布後には少なくとも部分的に乾燥させられる。第1及び第2組成物のさらなる詳細及び実施形態に関しては、同一物の上記の説明を参照されたい。
本発明のコーティングされた紙は、BYKガードナー(Gardner)法によって測定した場合に75℃で60%を超える光沢度を有する。
以下では、本発明について下記の実施例において詳細に説明する。他に記述しない限り、全ての部及びパーセンテージは、重量部及び重量%を意味する。pphとして表示した含量は、乾燥顔料粒子100部当たりの部に関する。
これらの試験では、2つのコーティング層を含有するコーティングされた紙を製造した。そのために、様々な調製物を調製し、原紙(Staples Inc.社製の80g/mのコピー紙)上に塗布した。
a)第1コーティング層のための調製物の調製
6種の調製物は、様々な無機顔料組成物を用いて調製した。顔料は、攪拌(10,000rpm)下で水中に分散させた。バインダーであるスチレンブタジエンラテックス(Eka Polymer Latex有限会社製のLitex P6115)を加え、その後にCMC(Noviant有限会社製のFinnfix(登録商標)10)を加えた。これらの調製物のpHを8.5〜9.5に調整し(2M NaOH)、次に使用前の2時間は緩徐に攪拌しながら保持した。ラテックスの添加量は全調製物中で同一の15pphであったが、これは乾燥顔料100部中乾燥ラテックス15部を意味する。CMCの量は約500cP(ブルックフィールド(Brookfield)粘度計、25℃、4番スピンドル、50rpm)の粘度を得るために3〜6pphの間で相違した。調製物は、全6種の調製物中で同一固体含量(33重量%)が得られるように計算した。下記の表に調製物をより詳細に表示した。
b)第2コーティング層のための調製物の調製
44重量%の乾燥含量を備えるスラリーを調製した。粒子ブレンドは、シリカゾルのBindzil(登録商標)50/80(Eka Chemicals社製)及びクレイ(粘土)のCapim NP(Imerys Minerals社製)の混合物であった。シリカゾルとクレイの乾燥重量比は、分散液中で75/25であった。Bindzil(登録商標)50/80は、約80m/gの表面積を有していた。ゾル内のシリカ粒子をカチオン化するために、8.3pphのポリアルミニウムクロライド(Locron(登録商標)L、Clariant社製)及び5.0pphのポリDADMAC(Polyquat 40 U 05 NV、Katpol社製)を粒子ブレンドと一緒にUltra−turrax(登録商標)内で混合した。これらのポリアルミニウム(Alと表示)及びポリDADMAC各々の添加は、乾燥粒子100部上の乾燥生成物の部(pph)として計算する。このスラリーを以下ではスラリーAと呼ぶ。
4種の調製物は、水及び様々なポリエチレングリコール/オキシド(PEG)生成物を相当緩徐に混合(マグネチックスターラー)しながらスラリーA内に混ぜ入れることによって調製した。水の添加は、全調製物中で41重量%の固体濃度が得られるように調整した。PEGの量は、乾燥粒子100部に対して乾燥25部であった。最終調製物のクレイは、500〜1500cP(ブルックフィールド粘度計、25℃、3番スピンドル、50rpm)であった。表2には、調製物の配合を詳細に表示した。
c)コーティングの塗布、紙及び印刷テスト
コーティング調製物は、ドローダウン法によって紙の片面に塗布した。この方法は、アプリケータが線材であることを意味しており、研究室でのコーティング試験で一般に使用されている。表1に記載の調製物は、最初に紙の表面上に第1コーティング層として塗布し、紙は次に80℃でつや出しドラム型乾燥機で乾燥させた。第1コーティング層の乾燥コート重量は、16〜24g/mであった。表2に記載した調製物は、次に第2コーティング層として第1コーティング層上に塗布し、紙は再びドラム型乾燥機で乾燥させた。第2コーティング層の重量は、7〜13g/mであった。
この二重コーティングされた紙は、研究室のカレンダー(DT Paper Science社製、フィンランド国(Finland))でカレンダー加工された。カレンダー加工は22℃で実施され、紙は該カレンダー機を35kN/mのライン負荷で3回通過させられ、その後にライン負荷が130kN/mに増加させられ、紙はこのライン負荷で10回通過させられた。様々な特性について試験する前は、紙を23℃及び50% RHで保持した。以下では、使用した試験方法について説明する。
紙を印刷する前に、紙の光沢を測定した。測定は、BYK−Gardner Gmbh社製のマイクロ光沢計を用いて75°の角度で実施した。様々な紙を印刷するためには、2種のインクジェットプリンタ、HP 6980(Hewlett Packard社製)及びCanon iP4500(Canon社製)を使用した。これら2種のプリンタは、染料インクを利用する。印刷画は、7色のブロック、シアン、マジェンタ、黄、緑、青及び黒から構成された。印刷の様々な特性について試験した。
色域容積(colour gamut volume)。印刷されたブロック及び印刷されていない紙を分光光度計型測色計(Colour Touch 2、Technidyne社製)で測定し、色域容積を計算した。色域容積は、CEI L*a*b*色空間内で十二面体を用いて近似値が求められ、色の測定値によって十二面体内の頂点が与えられる(「Rydefalk Staffan, Wedin Michael; Literature review on the colour Gamut in the Printing Process-Fundamentals, PTF-report no 32, May 1997」を参照されたい)。
インク乾燥時間。これらの試験は黒色プリント上で実施したが、それは黒インクが2種のプリンタにとって乾燥が最も遅いインクであるためであった。試験は、黒で印刷された領域上をティッシュペーパーで静かにこすることによって実施し、これは紙が印刷された後の様々な時点(秒後)に実施した。インクは、ティッシュペーパーの黒変が生じなかった時点に乾燥していると見なした。
インクの摩擦色落ち(rub−off)。試験は、紙が印刷されてから24時間後に実施した。この場合には、ティッシュペーパーで黒色領域の上方を擦り、ティッシュペーパーの黒変がどの程度発生したかについての視覚的判定を実施した(良好=黒変なし、可=僅かな黒変、及び不良=ティッシュペーパー上の重度の黒変)。
表3(プリンタHP 6980)及び4(プリンタCanon iP4500)には、全試験の結果を第1及び第2コーティング層の様々な組み合わせについて表示した。


結果は、高い印刷品質(色域容積)を備える光沢のある紙が全ての組み合わせについて得られることを証明した。しかし、インクの乾燥は、第1コーティング層の性質に大きく左右される。かなりの量の多孔性の高表面積顔料、例えば沈降シリカ又はゲル化シリカを含有する第1コーティング層、Pre 1、Pre 3及びPre 5を備える紙は、他の第1コーティング層を備える紙よりはインクの乾燥がはるかに速かった。さらに、インク摩擦色落ちの傾向は、第2コーティング層内に高分子量PEGが存在する場合の方が低いことを観察することもできた。
この実施例では、第2コーティング層のための2種の相違する調製物を、無地のコピー紙(Staples Inc.社製)上及び第1コーティング層として調製物Pre 1(上記の実施例1の表1を参照されたい)でコーティングされたコピー紙上でのコーティング試験のために調製した。第1コーティング層は実施例1に記載したように塗布し、この場合のコート重量は8.5g/mであった。
第2コーティング層のための調製物の調製においては、ポリアルミニウムクロライド17.6g(Locron(登録商標)L(Clariant社製)、乾燥Alとして表すと40%)、ポリDADMAC(Polyquat 40 U 05 NV(Katpol社製)、40重量%溶液)10.6gの及び水22gを混合し、Ultra Turrax(登録商標)ミキサー内で高剪断にかけた(10,000rpm)。この溶液に、Bindzil(登録商標)50/80(Eka Chemicals社製)(50重量%)242gを連続高剪断混合下で緩徐に加えた。結果として生じた顔料スラリーは45.5%の乾燥含量を有しており、以下では調製物Bと呼ぶ。
第2コーティングのための第2調製物である調製物Cは、PEG(ポリエチレンオキシド(Sigma−Aldrich社製)、分子量200kD)15.5g及び水15gを磁気攪拌下で調製物B150g内に混ぜ入れることによって調製した。これは、シリカゾル顔料100部中25部のPEGを生じさせた。この調製物中の乾燥含量は、46.4重量%であった。2種の調製物B及びCを用いて3回の実験を実施した;
1.Pre 1をコーティングした紙上での調製物Bを用いたコーティング。
2.Pre 1をコーティングした紙上での調製物Cを用いたコーティング。
3.無地のコピー紙上での調製物Cを用いたコーティング。
第1コーティング層の塗布及び紙のカレンダー加工は、実施例1と同様に実施した。光沢及び印刷からの紙HP 6980は、実施例1と同様に実施した。これらの紙は、Hewlett Packard上でインクジェット印刷した。色域容積、インク乾燥時間及びインク摩擦色落ちを上記の実施例に記載したように評価した。表5には、これらの試験の結果を表示した。
これらの結果は、色域容積に関して高品質の印刷物であることを証明している。しかし最高光沢及び最速インク乾燥時間は、多孔性高表面積顔料、例えば沈降シリカ及びシリカゾルをベースとする、PEGを含有する第2コーティング層(表に記載のコンセプト2)を含有する第1コーティング層の組み合わせを備える紙について得られる。
これらの実験では、カチオン性シリカゾルであるBindzil(登録商標)CAT 220(Eka Chemicals社製)を使用した。この生成物は、30重量%の固体を含有し、220m/gの表面積を有していた。第2コーティング層のための2種の調製物は、このシリカゾルをベースに調製した。1種(D)は5pph PEGを含有し、もう1種(E)は15pph PEG(乾燥Bindzil(登録商標)100部中の乾燥部)を含有する。PEGは、この場合には、100kDの分子量を備えるポリエチレンオキシド生成物(Sigma−Aldrich社製)であった。Pre 1を用いてコーティングされた紙(実施例1の表1を参照されたい)及び第1コーティング層を2種の調製物D及びE(固体31%)で実験室でコーティングした。参照物質として、Pre 1がコーティングされた1組の紙をさらに単独のBindzil(登録商標)生成物(PEG無含有)でコーティングした。これらの紙を実施例1に記載したようにカレンダー加工し、印刷し、試験した。さらに、印刷光沢をマイクロ光沢計(BYK Gardner社製)で測定した。1回の測定は印刷された各カラーブロック上で実施し、平均結果を計算した。これらの試験では2種のプリンタ、HP D5460及びHP 8250を使用したが、前者は顔料インクを使用し、後者は染料インクを使用する。表6及び7では、全試験の結果を2種のプリンタ各々について表示した。

色域に関する印刷品質は全2種の層状サンプルについて良好であり、これは無地のコーティングされていないコピー紙について得られた色域に比較しておよそ60%高い色域である。さらに、インク乾燥速度は、トップコーティングがPEGを含有した場合(実施例におけるコンセプトD及びE)に顔料インクを使用するプリンタ(HP D5460)については上昇した。もう1種のプリンタ(HP 8250)については、インクは第2コーティング層中のPEG含量とは無関係に即時に乾燥したが、これは、第2コーティング層の性質がこのケースでは余り重要ではないことを意味している。
両方のプリンタからの印刷物の紙の光沢度並びに印刷光沢度は、参照物質と比較してコンセプトD及びEについて有意に高い。

Claims (15)

  1. コーティングされた基材を調製するための方法であって:
    a)基材を用意する工程と;
    b)前記基材の少なくとも片面に、40m/gを超えるBET表面積を有する多孔性アニオン性顔料粒子及びバインダーを含む第1水性組成物の第1コーティング層を塗布する工程と;
    c)前記第1コーティング層上に、カチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子及びポリアルキレングリコールを含む第2水性組成物の第2コーティング層を塗布する工程とを含む方法。
  2. 前記基材は、紙又は板紙である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記第1水性組成物は、顔料粒子として、沈降シリカ、ヒュームドシリカ又はゲル状シリカ粒子を含む、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記沈降シリカ、ヒュームドシリカ又はゲル状シリカ粒子は、前記第1組成物中で50〜100重量%の乾燥顔料粒子構成する、請求項3に記載の方法。
  5. 前記第1水性組成物は、前記基材上に少なくとも1g/mの乾燥組成物重量で塗布される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第2水性組成物中の前記カチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子は、約30〜約600m/gのBET表面積を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記第2水性組成物中の前記カチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子は、コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子のゾルに由来する、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記カチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子は、コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子及び水溶性アルミニウム塩、カチオン性ポリマー及びそれらの混合物からなる群から選択されるカチオン性成分を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記第2水性組成物中の前記カチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子は、約5〜約125nmの平均粒径を有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記ポリアルキレングリコールは、10,000〜500,000Dの重量平均分子量を有する、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記ポリアルキレングリコールは、ポリエチレングリコールを含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記ポリアルキレングリコールは前記第2組成物中に前記コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子100部に基づいて少なくとも2pphの重量濃度で存在する、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記第2水性組成物は、前記第1コーティング層上に少なくとも1g/mの乾燥組成物重量で塗布される、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 第1コーティング層及び前記第1コーティング層上の第2コーティング層でコーティングされた少なくとも片面を有する基材を含むコーティングされた基材であって、
    前記第1コーティング層は40m/gを超えるBET表面積を有するアニオン性多孔性顔料粒子を含む第1水性組成物及びバインダーを含み、前記第1水性組成物は少なくとも部分的に乾燥させられている、及び
    前記第2コーティング層はカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子及びポリアルキレングリコールを含み、前記第2水性組成物は少なくとも部分的に乾燥させられているコーティングされた基材。
  15. 40m/gを超えるBET表面積を有するアニオン性多孔性顔料粒子及びバインダーを含む第1水性組成物;及びカチオン性コロイド状シリカ又はシリケートをベースとする粒子及びポリアルキレングリコールを含む第2水性組成物を包含する部品のキット。
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