200930770 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係針對耐磨介質、用來製造此介質之組成物、 及使用該介質之方法。 【先前技術】 在噴墨介質的市場上需要在保有其他期望的特性(例 如光密度、光澤、透明度、影像清晰度等)的同時,還具 有高孔隙體積及印墨吸收性的耐磨介質。在此技術中亦有 作爲製作耐磨介質之組成物的需求。 【發明内容】 本發明係藉由新介質塗料配方及由此製k的介質之發 現,來處理上面所討論的一些難題和問題。該組成物包含 兩不同形狀的金屬氧化物顆粒,一具有非對稱形狀,另一 則具有對稱形狀。 在一例示性的具體實施例中,本發明的耐磨印墨接受 介質包含一基材、及在基材上包含多孔金屬氧化物顆粒及 無孔金屬氧化物顆粒之印墨接受層;其中該印墨接受層比 由不具該無孔顆粒所形成之印墨接受層具有較大之耐磨性 及相等或較大之孔隙體積。顆粒之一可爲非對稱,而另一 則爲實質上對稱。該顆粒可爲不同化學組成物和不同物理 結構。 在一更進一步之例式具體實施例,本發明之耐磨印墨 接受介質包含一基材、及在基材上包含多孔氧化鋁顆粒及 無孔金屬氧化物顆粒之印墨接受層,其中該印墨接受層比 200930770 由不具該無孔顆粒所形成之印墨接受層具有較大之耐磨性 及相等或較大之孔隙體積。在一例式具體實施例中,該印 墨接受層在30-35g/m2的單位塗布量具有大於或等於約0.25 cc/g孔隙體積的Hg孔隙度(使用ASTM UOP57 8-02測量), 其係比氧化鋁系之不具有無孔顆粒的印墨接受層高出約 1-10%。顆粒之一可爲非對稱,而另一則爲實質上對稱。該 顆粒可爲不同化學組成物和不同物理結構。 在另一個例式具體實施例,本發明之耐磨印墨接受介 質包含一基材、在基材上包含多孔金屬氧化物顆粒及無孔 金屬氧化物顆粒之印墨接受層、及一印墨接受層上的印刷 顏料印墨層,其中該印墨接去層比由不具該無孔顆粒所形 成之印墨接受層具有較大之耐擦除性。 在一更進一步之例示性的具體實施例,本發明之耐磨 印墨接受介質包含一基材、在基材上包含多孔金屬氧化物 顆粒及無孔金屬氧化物顆粒之印墨接受層,其中該印墨接 受層比由不具該無孔顆粒所形成之印墨接受層具有較大之 印墨吸附速率。 在另一個例式具體實施例,本發明之印墨接受介質配 方包含一黏合劑、多孔金屬氧化物顆粒、及無孔金屬氧化 物顆粒,其中由該配方形成的印墨接受層比由不具該無孔 顆粒所形成之印墨接受層具有較大之耐磨性及相等或較大 之孔隙體積。該多孔顆粒可爲非對稱,而該無孔顆粒可爲 對稱。該顆粒可爲不同化學組成物和不同物理結構。 一種依據本發明製作耐磨介質配方的例示性的方法, 200930770 其係包含形成一塗布基材,其包括步驟如下:提供一具有 第一表面之基材、塗布該配方至該基材的第一表面、及乾 燥該塗布基材。該產生的塗布基材在作爲用在含彩色組成 物(如印墨組成物)的可印刷基材上特別有用。 在另一例示性的具體實施例,本發明的印墨接受介質 分散液,其包含溶劑、多孔金屬氧化物顆粒、及無孔金屬 氧化物顆粒;其中由該分散液形成的印墨接受層比由不具 U 該無孔顆粒所形成之印墨接受層具有較大之耐磨性及相等 或較大之孔隙體積。該顆粒可爲不同化學組成物和不同物 理結構。 本發明^更進一步針對形成該例示性的印墨接受分散 液的方法。一例示性的方法包含在水中形成一金屬氧化物 顆粒之分散液,其係包括步驟如下:添加金屬氧化物顆粒到 水中直至40重量%,其中該重量百分比係基於分散液之總 重量計算;添加酸到該分散液中以減低該分散液的pH値至 φ 低於5.0,一般低於或等於4.0。該產生的分散液期望具有 低於約lOOcps的黏度,期望低於80cps。 在檢視下列詳述之所揭示具體實施例及所附加的申請 專利範圍之後,此等和本發明其他技術特徵及優點將成爲 顯而易見的。 【實施方式】 爲了提升對本發明的原理的理解,本發明的下列具體 實施例之描述及特定語言係被用來描述具體實施例。然 而,應被瞭解的是,特定語言之使用並非用來限定本發明 200930770 之範圍。預期對此處所討論之本發明原理 步的修改、及更進一步應用,對本發明所 言,一般來說係通常可得。 請注意於本文及所附申請專利範圍中 式(如「一種(a)」、「和(and)」以及「該 下文中有清楚指明,否則應包含複數的指 舉例來說,對於「一種氧化物(an oxide)」 氧化物,而「氧化物(oxide)」亦包含一個 熟悉該項技術者所已知之同等物等等。 「約」係修飾例如用在描述所揭露的 在一組成物中的成分的量、濃度、體積、 時間、回收率或產率、流速及其類似値和 能發生的數値變化,例如透過標準量測及 在這些程序中無意的錯誤;透過實施該方 異;及相似之近似考量。該「約」一詞亦 起始濃度或混合物之配方的老化而不同的 處理一具有特定起始濃度或混合物之配方 論所附於此之申請專利範圍是否由「約」 等同該等之量。 在此所使用的「多孔」一詞係指具有 屬氧化物顆粒,例如大於0.6 cc/g的孔隙 —詞係指小於0.05 cc/g的孔隙度多孔顆粒 銘石型氧化銘(beohmite alumina)、砂膠、 (precipitated silica),而無孔顆粒的實 之變更、更進一 屬技術領域者而 所使用的單數形 」(the))除非上 稱對象。因此, 係包含複數個此 以上氧化物及其 具體實施例中之 處理溫度、處理 其範圍,有關可 操作程序;透過 法之成分上的差 包含因具有特定 量,及因混合或 而不同的量。不 所修飾,均包含 顯著孔隙度之金 度,而「無孔」 的實例包括一水 及沈降二氧化矽 例包括矽酸膠 200930770 (colloidal silica) 〇 本發明係針對印墨接受介質及適合於製造印墨接受介 質之配方和分散液。本發明係更進一步針對製造印墨接受 介質之方法和印墨接受方法。下面提供:例示性的印墨接 受介質、用來製造印墨接受介質之配方及分散液、及製造 印墨接受介質、配方及分散液的方法之描述。 與已知印墨接受介質相較下,本發明之印墨接受介質 更具有可使介質提供一項以上的優點之物理結構及特性。 在一例示性的具體實施例中,印墨接受介質分散液包 含一溶劑、多孔金屬氧化物顆粒、及無孔金屬氧化物顆粒; 其中由該分散液形成的印墨接受層比由不具該無孔顆粒所 形成之印墨接受層具有較大之耐磨性及實質上相等或較大 之孔隙體積。如在此上下文中,所使用的「實質上」一詞 意指在該印墨接受層的總孔隙體積之約1到約10%之間。 該顆粒可爲不同形狀之非對稱多孔顆粒。第二顆粒可爲對 稱或非對稱,只要其可在塗料中提供令人滿意的黏合效應 而不減少產生的印墨接受層之孔隙度。 如在此使用,關於顆粒幾何的「非對稱」,其係被定 義爲具有大於1之縱橫比的該等顆粒。如在此使用之「縱 橫比」係被用來描述介於(i)顆粒的平均最大顆粒尺寸,與 (ii)顆粒的平均最大橫斷面顆粒尺寸之間的比,其中該橫斷 面顆粒尺寸係實質上垂直於該顆粒之最大顆粒尺寸。 當例如使用穿透式電子顯微鏡(TEM)方法測量時,本發 明的非對稱顆粒一般具有至少約1.1的縱橫比。在本發明 200930770 的某些具體實施例中,非對稱顆粒具有至少約1.1(或至少 約1.2、或至少約1.3、或至少約1.4、或至少約1.5、或至 少約1.6)的縱橫比。一般而言,該非對稱顆粒具有從約u 到約1 2的縱橫比,更具代表性地,從約1.1到約3.0。 該顆粒可爲相同或不同化學組成物及可爲相同或不同 的物理結構。該顆粒係由金屬氧化物、硫化物、氫氧化物、 碳酸鹽、矽酸鋁、矽酸鹽、磷酸鹽等所組成,但較佳爲金 φ 屬氧化物。如在此使用之「金屬氧化物」係被定義爲二元 氧化合物,其中該金屬爲陽離子而氧化物爲陰離子。該金 屬可包括類金屬。該金屬包含有在元素週期表中由硼畫到 釙之斜線的左側的該等元素。類金屬或半金屬係包含在此 條線上之該等元素。金屬氧化物的實例包括二氧化矽、氧 化鋁、二氧化鈦、氧化锆等、及其混合物。該顆粒可爲相 同或不同外形或物理結構。例如,該顆粒可爲乾的或液態 之非晶體或晶體,及煙霧狀的、膠態的、沈澱的、凝膠等。 Q 該金屬氧化物顆粒較佳爲包含一晶體之第一顆粒,和非晶 體之第二顆粒,例如一水鋁石型氧化鋁的第一顆粒及矽酸 膠的第二顆粒。 當例如使用穿透式電子顯微鏡(TEM)方法測量時,在本 發明的具體實施例中之多孔金屬氧化物顆粒一般具有至少 約1.1的縱橫比。該顆粒的最小尺寸,該條板(lath)的第三 邊可從約3nm分佈到約15nm,一般從約5nm到約12nm,且 更具代表性地從約6 nm到約1 Onm。在本發明的某些具體實 施例中該氧化鋁顆粒具有至少約1.1 (或至少約1.2、或至少 -10- 200930770 約1.3、或至少約1.4、或至少約1.5、或至少約1.6)的縱橫 比。一般而言,該非對稱顆粒具有從約1.1到約12,更具 代表性地,從約1 . 1到約3.0。 當以BET方法[即’布魯諾-埃梅特-特勒法(Brunauer Emmet Teller method)]測量時,本發明的多孔顆粒亦可具有 至少約120m2/g的表面積。在本發明一例示性的具體實施 例中,該多孔顆粒具有約150m2/g到約190m2/g的BET表面 _ 積。在一本發明之更進一步的例示性的具體實施例中,該 多孔顆粒具有約172m2/g的BET表面積。 本發明的多孔金屬氧化物顆粒亦具有一孔隙體積,該 孔隙體積使顆粒在組成物(如塗料組成物)中成’爲令人滿意 的成分。一般而言,當以氮氣孔隙計測量時,多孔顆粒具 有至少約0.40cc/g的孔隙體積,更具代表性地,爲0.60 cc/g。在本發明的一例示性的具體實施例中,當以氮氣孔 隙計測量時,該多孔顆粒具有至少約 0.70cc/g的孔隙體 0 積。理想地,當以氮氣孔隙計測量時,該多孔顆粒具有從 約0.70到約0.8 5 cc/g的孔隙體積。 孔隙體積及表面積可使用如Quantachrome Instruments (Boynton Beach, FL)所售之 Autosorb 6-B 裝置測量。一般而 言,在約150°C下乾燥,接著在150°C真空(例如50毫托) 下脫氣約3小時後,測量該多孔粉末之孔隙體積及表面積。 在本發明中雖然可利用任何多孔金屬過氧化物顆粒, 在一例示性的具體實施例中,該多孔顆粒係由一水鋁石型 氧化鋁組成,如美國臨時專利申請案號第60/749,3 80號。 200930770 氧化鋁顆粒具有一非對稱顆粒形狀,其與已知之具有球的 顆粒形狀之氧化鋁不同。一般來說,非對稱顆粒形狀係具 有平均最大顆粒尺寸(即,長度)之瘦長顆粒形狀,其係大 於任何其他顆粒尺寸(例如:橫斷面顆粒尺寸係實質上垂直 於顆粒之平均最大顆粒尺寸),且較佳爲條板的形狀。在此 所定義的「條板」係指實際上其橫斷面爲長方形的形狀, 其係有別於具有對稱的橫斷面之棒形或針狀形狀。顆粒的 U 最小尺寸,該條板的第三邊可從約3nm分佈到約15nm,一 般從約 5nm到約12nm,且更具代表性地從約 6nm到約 10nm。一般而言,本發明之氧化鋁顆粒具有小於約1微米 的平均最大顆粒尺寸,更具代美性地係小於500 nm,更加 具代表性地係小於300nm。在本發明之令人滿意的具體實 施例中,氧化鋁顆粒係具有從約50到約600nm的平均最大 顆粒尺寸,更期望地,從約70到約1 50nm。在第3圖的TEM 係說明了本發明的顆粒的條板形狀,如由顆粒的大寬度與 Q 其長度相比所顯示。 本發明的該氧化鋁顆粒(膠溶的及非膠溶的兩者)具有 晶體結構,當由X射線繞射(XRD)方法(如使用PANalytical MPD DW3040 PRO Instrument(PANalytical B. V, (The Netherlands)所售))以波長相當於1.54A測量時,一般具有 大到約100A的最大晶體尺寸。晶體大小可使用例如:謝樂 方程式(Scherrer equation)而得。在本發明的一例示性的具 體實施例中’當由120 XRD反射測量時,本發明的該氧化 鋁顆粒具有從約10到約50A的晶體大小,—般而言約 -12- 200930770 3〇A ;其當由020 XRD反射測量時,從約30到約100A的 晶體大小,一般而言約70A。020 XRD反射與120 XRD反 射的晶體大小之比例範圍可由約1.1到約10.0,更具代表 性地爲從約1.1到約3.0。 由於上述本發明的多孔金屬氧化顆粒之物理性質,該 顆粒可適合用於各種液態和固態產品。在本發明之一例示 性的具體實施例中,膠溶之氧化鋁顆粒係被用來形成一穩 定氧化鋁顆粒分散液。基於該分散液的總重,該分散液可 包含本發明膠溶氧化鋁顆粒約40重量%以下。酸如硝酸係 可被添加到分散液中,以得到一小於約5.0 (或約4.5,更具 代表性地約4.0、或約3·5、或約3.0、或約2.5、或約2.0、 或約1.5)的分散液pH値。在約30重量%之固體及4.0的pH 値之該產生的分散液,期望地具有低於約lOOcps的黏度, 更期望地爲低於約80cps。 在溶液中本發明的氧化鋁顆粒之該非對稱條板顆粒形 狀產生氧化鋁顆粒的鬆散地聚集系統,與已知的球狀形狀 氧化銘顆粒的傾向不同,其係強烈地彼此聚集。由於此鬆 散地聚集系統,在保有相對低溶液黏度的同時,相對大量 的氧化鋁顆粒可出現在所提供的溶液。例如,在本發明的 一令人滿意的具體實施例中,基於該分散液的總重,一包 含約20重量%氧化鋁顆粒的分散液,在pH約4.0時具有低 於或約20cps的黏度。在一更進一步令人滿意的具體實施 例中,基於該分散液的總重,一含有約30重量%氧化鋁顆 粒分散液的,在pH約4.0時具有低於或約80cps的黏度; -13- 200930770 基於該分散液的總重,一含有約40重量%氧化鋁顆粒的分 散液,在pH約4.0時具有低於或約1〇〇cps的黏度。 在本發明的另依據具體實施例中,該多孔顆粒包含凝 膠的、沈澱的、煙霧狀的或其相似的型態之二氧化矽顆粒。 較佳地’該顆粒係沈降二氧化矽或矽膠顆粒,其係依美國 專利第 5,968,470、6,171,384、6,380,265、6,573,032、6,780,920 或6,841,609中所提出之方法所製得,其中全部內容應倂入 本文中以供參考。
D 在本發明的一具體實施例中,該無孔顆粒可爲金屬氧 化物溶膠或膠態分散,例如氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、 氧化鉻等,或其混合物。在一根據本發明之例示性的具體 實施例中,該無孔顆粒可爲矽酸膠,包括例如相對低鹼性 陽離子矽酸膠。該膠態金屬氧化物可具有約1到約300奈 米的平均顆粒大小,且具有固體與鹼金屬之比例爲至少 AW(-0.013SSA + 9),AW爲在膠態金屬氧化物中的鹼金屬的 g 原子量,SSA爲金屬氧化物的比表面積,如在美國專利申 請案第20030180478A1號所揭示,其中全部內容應倂入本 文以供參考。 雖然在本發明中可利用任何無孔金屬過氧化物顆粒, 關於矽酸膠之使用的下列例示性的具體實施例係做更詳細 的描述。大部分矽酸膠溶膠含有鹼。該鹼通常爲鹼金屬氫 氧化物,該鹼金屬係位於週期表的IA族(鋰、鈉、鉀的氫 氧化物等)。更易由商業上獲得的矽酸膠溶膠係含有氫氧化 鈉,其至少部分係由被用來製造矽酸膠的矽酸鈉所產生’ -14 - 200930770 雖然,氫氧化鈉亦可被添加以穩定該溶膠避免膠化。 本發明之該例示性的具體實施例之矽酸膠溶膠比起最 易由商業上獲得的矽酸膠溶膠具有較低程度的鹼金屬離 子。其係可藉由計算該二氧化矽固體與矽酸膠溶膠之鈉的重 量百分比來說明,該百分比係使用上述的方程式計算而得。 例如,當該鹼金屬爲鈉時,si〇2/鹼金屬比例係至少 -0.3 0SSA + 2 07的總和。該去離子的矽酸膠溶膠的二氧化矽固 g 體與鹼金屬之比例,其係落於此範圍且適合用於本發明。「去 離子的」係意指任何金屬離子例如鹼金屬離子(如’鈉)被從 矽酸膠溶液中移除,如此以致於矽酸膠具有二氧化矽固體與 鹼金屬之參照本文所提之方程式的比例。移除鹼金屬離子的 方式已爲眾人所熟知,且包括以適當的離子交換樹脂作離子 交換(美國專利2,577,484與2,577,485)、透析法(美國專利 2,773,028)與電透析法(美國專利3,969,266),其中全部內容 應倂入本文以供參考。爲給予矽酸膠溶膠穩定性以避免膠 化,該顆粒可以使用鋁做表面修飾,如美國專利 No.2,892,797所示(其內容應倂入本文以供參考),然後該經 修飾之二氧化矽係被去離子化。在25 °C具有約5.0的pH値 之由 W. R. Grace & Co.-Conn 得之 Ludox® TMA 二氧化矽爲 由商業上可得之矽酸膠的實例,其係可由此方法所製得。 在一根據本發明之例示性具體實施例,該多孔金屬氧 化物顆粒被形成於分散液中,接著該無孔金屬氧化物顆粒 亦被加入於其中。或者,該多孔金屬氧化物顆粒以乾燥的 形式添加到該無孔顆粒中,其亦爲乾燥的形式或以分散液 -15- 200930770 的形式。本發明的該無孔顆粒可與該多孔顆粒分散液以約 20/1到約1/1(按乾燥物計算)的比例結合,較佳約15/1到約 1.5/1,更佳約12/1到約1.8/1,特佳約10/1到約2/1。該結 合的分散液可在約2.0到約8.0的pH値下具有低於或等於 約lOOcps的黏度,較佳低於或等於約80cps,更佳爲低於 或等於約60cps。基於分散液重量而言,分散液可含有約 10到約50重量%固體含量,較佳約20到約40重量%固體 p 含量,更佳約25到約35重量%固體含量。在本發明的一例 示性的具體實施例中,其中多孔顆粒爲氧化鋁,而無孔顆 粒爲矽酸膠,該矽酸膠顆粒被以約9/1到約7/3(乾燥比例) 的Al/Si比例添加到氧化鋁顆粒分散液中,在pH約4.0且 具有低於或等於約lOOcps的黏度,且基於分散液總重量而 言,固體含量約20到約40重量%,較佳約25到約35%。 上述之高固體含量,低黏度之分散液作爲塗料組成物 係特別有用。該分散液可被用來塗布多種基材的表面,該 > 基材包括但不限於紙基材、具有聚乙烯層於其上之紙基 材、具有印墨接受層於其上之紙基材、聚合物薄膜基材、 金屬基材、陶瓷基材、及其組合。該產生之塗布基材可在 多種應用中使用,其包括但不限於印刷應用,觸媒應用等。 在另一例示性具體實施例,本發明之一印墨接受介質 配方包含一黏合劑、多孔金屬氧化物顆粒、及無孔金屬氧 化物顆粒;其中由該配方形成的印墨接受層比由不具該無 孔顆粒所形成之印墨接受層具有較大之耐磨性及相等或較 大之孔隙體積。該多孔顆粒可爲非對稱,而該無孔顆粒可 -16- 200930770 爲對稱。該顆粒可爲不同化學組成物和不同物理結構。較 佳爲該金屬氧化物顆粒包含一晶體之第一顆粒,和一非晶 體之第二顆粒,例如一水銘石型氧化銘的第一顆粒和砂酸 膠的第二顆粒。多孔和無孔顆粒之結合漿體可和水溶性黏 合劑混合,該黏合劑包括例如二乙胺乙基化澱粉、三甲基 乙基銨、甲基纖維素、羥甲基纖維素、羧甲基纖維素、聚 乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯啶酮、聚醢胺、及聚丙二 φ 醇,在顏料或顆粒中黏合劑比例約2/1到約3 0/1,較佳約 5/1到約20/1,更佳約8/1到約12/1以製造配方塗料。 在本發明的更進一步之例示性的具體實施例中,該顆 粒可被用在製造一塗布基材的方法。在一例示性的方法 中’製造一塗布基材的方法包含提供一具有第一表面之基 材的步驟、及塗布氧化鋁溶膠至形成一塗布層於其上的基 材第一表面。該塗布層可隨後乾燥形成一塗布基材。該塗 布基材可被用來形成一印刷基材。在本發明之一例示性的 〇 方法中,形成一印刷基材的方法包含應用一含彩色組成物 到上述塗布基材之塗布層的步驟。 噴墨介質可如前述使用該印墨接受分散液或本文所述 的配方來製備,及使其與習知成膜劑結合。在此具體實施 例中,黏合劑係在應用上被利用來提供所期望的薄膜特性 於基材上。可利用任何黏合劑,其包括所有本文提出的。 然而,可溶於水的黏合劑係較佳,其包括例如二乙胺乙基 化澱粉、三甲基乙基銨、甲基纖維素、羥甲基纖維素、羧 甲基纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯毗咯啶酮、聚 -17- 200930770 醯胺、及聚丙二醇、及其混合物。顆粒與黏合劑的比例約 5/1到20/1,較佳約顏料/黏合劑之比例約8/1到12/1以製 造配方塗料。該配方塗料係被塗布在一樹脂塗面相紙(resin coated paper)基材上,然後在攝氏50-100乾燥1-20分鐘, 較佳爲約5 -1 0分鐘。 在本發明的一例示性具體實施例中,塗布基材包含具 有塗布層於其上之可印刷基材,其中該塗布層包含本發明 _ 的不同顆粒之混合物。該可印刷基材係可以使用於任何印 刷方法,如噴墨印刷,其中含著色劑之組成物(例如含染料 及/或顏料之組成物)係被應用到該塗布層的外表面。在此 具體實施例中,在該塗布層間之顆粒係充當毛細劑(wicking agents),以相對快速方式吸收含著色劑組成物的液體部 分。在第1圖所提供的一例示性之塗布基材。 如第1圖所示,例示性的塗布基材10包含塗布層11、 一可選擇的接受層12、一可選擇的支撐層13、及一基層 $ 14。塗布層11及可能地可選擇的接受層12包含本發明的 顆粒之混合物。剩下的層也可包含本發明的顆粒,儘管一 般可選擇的支撐層13及基層14不含此顆粒的混合物。形 成可選擇的接受層12的合適材料可包括但不限於吸水性 材料如聚丙烯酸酯、乙烯醇/丙烯醯胺共聚物、纖維素聚合 物、澱粉聚合物、異丁烯/馬來酸酐共聚物、乙烯醇/丙烯酸 共聚物、變性聚環氧乙烷產物、二甲基銨聚二烯丙酸酯 (dimethyl ammonium polydiallylate)、四錢聚丙嫌酸、及其 類似物。形成可選擇支撐層13的合適材料可包括但不限於 -18- 200930770 聚乙烯、具丙烯、聚酯、及其他聚合材料。形成基層14的 合適材料可包括但不限於紙、織物、聚合薄膜或泡體、玻 璃、金屬箔、陶瓷體、及該等之組合》 在第1圖所顯示的例示性的塗布基材10亦包含在塗布 層11的部份及可選擇的接受層12之間所示之含著色劑的 組成物1 6。第1圖係被用來說明含著色劑組成物1 6當其被 施加到塗布層11的表面17時,其係如何通過毛細作用進 入塗布層11及可選擇的接受層12。如第1圖所示,含著色 劑的組成物16擴展到塗布層11進入可選擇的接受層12的 同時,含著色劑組成物16的部份著色劑15仍殘餘在塗布 層1 1的上部。 。 在一例示性的具體實施例中,本發明的耐磨印墨接受 介質包含一基材、及在基材上包含多孔金屬氧化物顆粒及 無孔金屬氧化物顆粒之印墨接受層;其中該印墨接受層比 由不具該無孔顆粒所形成之印墨接受層具有較大之耐磨性 及相等或較大之孔隙體積。顆粒之一可爲非對稱而另一則 爲實質上對稱。該顆粒可爲不同化學組成物和不同物理結 構。該金屬氧化物顆粒較佳爲包含一晶體之第一顆粒,和 非晶體之第二顆粒,例如一水鋁石型氧化鋁的第一顆粒及 矽酸膠的第二顆粒。該印墨接受層比不具無孔金屬氧化物 顆粒的印墨接受層,其具有增加的耐磨性從約20到約 9 0 %,較佳爲從約3 0到約9 0 %,更加爲從約4 0到約9 0 %, 最佳爲從約5 0到約8 0 %。 該印墨接收層的耐磨性係可由 Yasuda Seiki -19- 200930770
Seisakusho得到的泰伯型磨耗試驗機(Taber Type Abrasion Tester)測量’ LTD使用ASTM D4060-07。使印墨接受層進 行無重量的通過1次。印墨接受層的耐磨性亦可由Yasuda Seiki Seisakusho得到的色耐度摩擦測試機(Color Fastness Rubbing Tester)測量,LTD 使用 ISO-105-X12(以 500g 重通 過40次)。 一般而言,本發明的印墨接受層在3 0-3 5 g/m2的單位塗 布量具有約0.10到約0.50cc/g的孔隙體積的Hg孔隙度, 較佳約0·15到約0.45cc/g,更佳約0.20-0.40 cc/g,最佳爲 約0.25到約0.3 5 cc/g的孔隙體積。印墨接受層之孔隙體積 的Hg孔隙度係使用ASTM UOP57 8-02以可由Micrometritics Instrument Corp.得到之 Autopore 9520 的壓永測定(mercury intrusion determination)測量。無孔顆粒的添加提供增加的 耐磨性,但不減少產生的印墨接受層之孔隙體積。這是出 乎意料的,因爲這無孔顆粒並沒有固有的孔隙度,且另外 一可預期此顆粒佔據介於印墨接受層的多孔顆粒間現存的 孔隙度。
在一更進一步的例示性的具體實施例中,本發明的耐 磨印墨接受介質包含一基材、及在基材上包含多孔氧化鋁 顆粒及無孔金屬氧化物顆粒之印墨接受層,其中該印墨接 受層比由不具該無孔顆粒所形成之印墨接受層具有較大之 耐磨性及實質上相等或較大之孔隙體積。在一例式具體實 施例中,該印墨接受層在30-3 5 g/m2的單位塗布量具有大於 或等於約0.25 cc/g孔隙體積的Hg孔隙度(使用 ASTM -20- 200930770 UOP578-02測量),其係比氧化鋁系之不具有無孔顆粒的印 墨接受層高出約1-1〇 %。該多孔氧化鋁顆粒可爲非對稱, 而該無孔金屬氧化物顆粒爲實質上對稱。該顆粒可爲不同 化學組成物和不同物理結構。如本文所提及,藉由添加該 無孔顆粒以減少對該印墨接受層的磨損,且在一例示性的 具體實施例中該無孔顆粒可爲矽酸膠。在仍保有或增加印 墨接受層的孔隙體積的同時,以約9/1的Al/Si比例來添加 H 矽酸膠,可增加該耐磨性約60到約70%,較佳爲以約8/2 的Al/Si比例來添加矽酸膠,可增加該耐磨性約80到約 90%。 大家相信習知噴墨介質具有不充分的表面顆粒間孔隙 度,因此當包含溶劑及顏料顆粒的噴墨印墨配被印刷到介 質上時,其不會滲入該表面。此會使印墨顏料顆粒累積於 該介質的表面,而在其上形成濾餅(即顏料顆粒的多層)。 因此,當介質被拿起時濾餅可能被擦掉,其係導致經印刷 Q 的介質難以閱讀。第4圖說明了這樣一個具有一印墨接受 塗層41及一印墨顏料顆粒厚層42形成於其上之習知印刷 介質40。此層或濾餅42係容易被任何施加到介質40的剪 力43從該印墨接受塗層移除。該層42係由多層沒有滲入 印墨接受塗層4 1的印墨顏料顆粒所組成。 第5圖敘述根據本發明具體實施例之印刷介質50,其 係具有含有多孔金屬氧化物顆粒52及無孔金屬氧化物顆 粒53於其中之印墨接受塗層51。印墨54的層係被形成在 印墨接受塗層51上。印墨顏料顆粒55透過有效的顆粒間 -21 - 200930770 孔隙度56滲入印墨接受塗層51。印墨溶劑57滲 屬氧化物顆粒52的孔隙中,其係使印墨顏料顆粒 於多孔金屬氧化物顆粒52的表面上。因此,本發 墨接受介質產生一緊緊黏結於印墨接受塗層表面 料的薄層,從而排除了印墨顏料之顯著的擦除。 因此,在另一例示性的具體實施例中,本發 墨接受介質包含一基材、及在基材上包含多孔金 顆粒及無孔金屬氧化物顆粒之印墨接受層、及一 層上的印刷顏料印墨層;其中該印墨接受層比由 孔顆粒所形成之印墨接受層具有較大之耐擦除性 在更進一步之例示性的具體實施例,本發明 墨接受介質包含一基材、在基材上包含多孔金屬 粒及無孔金屬氧化物顆粒之印墨接受層,其中該 層比由不具該無孔顆粒所形成之印墨接受層具有 墨吸附速率。 實例 下列實例係更進一步說明本發明’然而該實 以任何方式解釋成對其範圍施加限制°相反地應 解,在閱讀本文之說明後’熟悉此技藝者自然可 各種其他具體實施例、修改及其等致物而不背離 精神及/或所附申請專利範圍之範圍。 實例1 將11.4kg的水添加到容器中’然後將其加熱 在水中加入40重量%的硝酸’同時攪拌直到pH 3 入多孔金 :55固定 明之該印 之印墨顏 明耐磨印 屬氧化物 印墨接受 不具該無 〇 之耐磨印 氧化物顆 印墨接受 較大之印 例不能被 明確地了 得知訴諸 本發明之 到 95t。 沿2 · 0。然 -22- 200930770 後在一控制的速度下添加鋁酸鈉(23重量% Al2〇3),使混合 物的pH値在5分鐘內到達1〇.〇。一旦達到ρηι〇·〇時,就 停止鋁酸鈉的添加’然後該混合物係經老化1分鐘。經老 化後,以一定速率添加40重量%的硝酸到反應容器中,以 使混合物的pH値在1分鐘內到達2.0。一旦達到ρΗ2.0, 就停止硝酸的添加’然後使該混合物經老化3分鐘。在老 化其間終點後,再一次添加鋁酸鈉到反應容器中,以將pH Q 値在5分鐘內從2·0增加到lo.o。 重覆上述pH循環步驟總共20次。在第20次循環終 點’同時混合物的pH爲1〇.〇,過濾該混合物以回收該形成 的氧化鋁,然後清洗之,以移除任意之副產品鹽類'。該得 到之濾餅被以噴霧乾燥後以得到氧化鋁粉體。 該形成之氧化鋁粉體係被分散到水中形成混合物,然 後該混合物的pH値在攪拌的同時被以硝酸調整到約4.0。 產生之混合物含有具有以LA-900雷射散射顆粒大小分布 ❹ 分析儀(可由 Horiba Instruments, Inc. (Irvine,CA )得到)測 得之123nm的平均顆粒大小之分散液。產生的混合物具有 80cps的黏度,及基於混合物的總重量計算的固體含量爲 3 0重量%。 在150°C下乾燥混合物,產生具有172m2/g BET表面積 及以氮氣孔隙計測得之0.73cc/g孔隙體積的氧化鋁粉末。 添加30g氧化鋁粉末到70g之1%醋酸溶液中,以製 造30重量%膠溶的氧化鋁漿體。隨後該膠溶的氧化鋁漿體 與25g的12%PVA23 5溶液(係可由Kuraray Co. Ltd.得到)混 -23- 200930770 合,以製備具有1 0/1比例之顏料與黏合劑的混合物。該混 合物隨後被添加到30g的1重量%硼酸溶液中,以形成一完 成的噴墨接受層塗料配方。 實例2 添加19.25g之實例1的氧化鋁粉末到35.75g的1%醋 酸溶液中,以製造35重量%膠溶的氧化鋁漿體。隨後添加 5.13g 的 41.7 重量 %Ludox® CL-P 矽酸膠(係可由 W. R. Grace 0 & Co,-Conn.得到)到該氧化鋁漿體中,然後徹底地混合。添 加17.83 g的12 %的PVA23 5溶液到此漿體中,以製備具 有10/1比例之顏料與黏合劑的混合物,然後添加21.4g的 1重量%硼酸溶液,以形成一完成的噴墨接受層塗料配方。 實例3 添加17.5g之實例1的氧化鋁粉末到32. 5g的1 %醋酸 溶液中,以製造35重量%膠溶的氧化鋁漿體。隨後添加 10.49g的 41.7重量%Ludox® CL-P矽酸膠(係可由 W. R. 〇 Grace & Co,-Conn.得到)到該氧化鋁漿體中,然後徹底地混 合。添加18.25g的12% 的PVA235溶液到此漿體中,以 製備具有10/1比例之顏料與黏合劑的混合物,然後添加 21.9g的1重量%硼酸溶液,以形成一完成的噴墨接受層塗 料配方。 使用實例1-3的印墨接受層配方塗布在各式各樣的基 材上。基材包括一紙基材、一具有聚乙烯層於其上之紙基 材、及一具有印墨接受層於其上之紙基材(例如一含有非晶 體二氧化矽塗料及以聚乙烯醇的形式之水溶性黏合劑)。氧 -24- 200930770 化鋁溶膠係被塗布在每一基材上,其係使用刮刀塗布方 法’以提供一具有塗料重量範圍從約29到約31 g/m2的塗布 層。該塗布基材係在80°C下乾燥20分鐘。 將噴墨接受層組成物施用到每一塗布基材上。不論什 麼情況,該印墨組成物快速滲透該氧化鋁顆粒之塗層。表 1所述之結果指出該印墨吸附速率係非常優良。 表1 實 例 塗料重 (g) 20〇C 之 光澤度單位 60°C 之 光澤度單位 黑色最大密度(Black 0D) (Epson PM 4000PX) 印墨吸 附速率 1 30 13.9 36.0 1.736 5 2 30 16.7 , 35.1 1.750 5 3 30 16.3 34.7 1.780 5 註:印墨吸附速率5爲最佳,1爲最差。 實例4 添加1 7.5 g之實例1的氧化鋁粉末到3 2 . 5 g的1 %醋酸 溶液中,以製造35重量%膠溶的氧化鋁漿體。隨後添加 17.99g的41.7重量%Ludox® CL-P矽酸膠(係可由 W. R. Grace & Co,-Conn.得到)到該氧化鋁漿體中,然後徹底地混 合。添加20.83 g的12 %的PVA235溶液到此漿體中,以 製備具有1〇/1比例之顔料與黏合劑的混合物,然後添加25g 的1重量%硼酸溶液,以形成一完成的噴墨接受層塗料配 方。 將實例1-4的配方以如實例1-3的相同的方法塗布在基 -25- 200930770 材上,再使用本文所提及之測試方法測試其耐磨性,其係 與市售之噴墨介質(可由Epson得到之Crispia相片紙(實例 5))比較。表2所述之結果指出當使用本發明的噴墨塗料配 方時,介質表面經過磨耗試驗後的損傷可被最小化。 表2 實例 赠酸膠 塗布量(g) 磨耗試驗 泰伯(無重量) 週期波動 (500G.20個週期) 1 10/0 30 1 1 2 9/1 30 4 4 3 8/2 30 5 5 4 7/3 30 5 5 5 市售矽系玻璃介質 4 5 註:5-磨損低於10%
4-磨損低於20% 3-磨損低於30% 2-磨損低於40% 1 -磨損高於5 0 % 實例5 30g 的 41.7%Ludox® CL-P 矽酸膠(係可由 W. R. Grace & Co,-Conn.得到)與 5g的 12%OLZ1371黏合劑溶液(可由 Showa Highpolymer Ltd.得到)混合,以製備具有10/1比例 之顏料與黏合劑的混合物。該混合物隨後被添加到30g的1 -26- 200930770 重量%硼酸溶液中,以形成一完成的噴墨接受層塗料配方。 實例6 添加17.5 g的40重量%沈降二氧化矽漿體到17.99g的 41.7 重量%1^(1〇1® CL-P 矽酸膠(係可由 W. R. Grace & Co,-Conn.得到)中,然後徹底地混合。添加 20.83g的 12%OLZ1371 黏合劑溶液(可由 Showa Highpolymer Ltd.得到) 到該漿體中,以製備具有i 0/1比例之顔料與黏合劑的混合 φ 物,然後再添加25g的1重量%硼酸溶液,以形成一完成的 噴墨接受層塗料配方。 實例7 添加17.5g之實例1的氧化鋁粉末到32. 5g的1%醋酸 溶液中,以製造35重量%膠溶的氧化鋁漿體。隨後添加 17.99g的 41.7重量%Ludox® CL-P矽酸膠(係可由 W. R. Grace & Co,-Conn.得到)到該氧化鋁漿體中,然後徹底地混 合。添加20.83 g的12 % 的OLZ1371黏合劑溶液(可由 0 Showa Highpolymer Ltd.得到)到該漿體中,以製備具有10/1 比例之顏料與黏合劑的混合物,然後添加25g的1重量% 硼酸溶液,以形成一完成的噴墨接受層塗料配方。 實例8 30g 的 41.7%Ludox®AS40 矽酸膠(係可由 W. R. Grace & Co,-Conn.得到)與5g的12% PVA217黏合劑溶液(係可由 Kuraray Co. Ltd.得到)混合,以製備具有1 0/1比例之顏料與 黏合劑的混合物。該混合物隨後被添加到30g的1重量% 硼酸溶液中,以形成一完成的噴墨接受層塗料配方。 -27- 200930770 實例9 添加17.5g的40重量%沈降二氧化矽漿體到i.8 g的 41.7 重量 %Ludox®AS40 矽酸膠(係可由 W. R. Grace & C 〇,- C οnn.得到)中’被添加到氧化鋁漿體中,然後徹底地混 合。添加20.83 g的12%〇LZ1371黏合劑溶液(可由Showa Highpolymer Ltd.得到)到該漿體中,以製備具有1〇/1比例 之顏料與黏合劑的混合物,然後再添加2 5 g的1重量%硼酸 n 溶液,以形成一完成的噴墨接受層塗料配方。 將實例5 - 9的配方以如實例1 - 3的相同的方法塗布到基 材上。由形成一底塗層於該基材上以製備該基材。該底塗 層係按混合100份微粒型矽膠(可由 W. R. Grace & Co.-Conn 得到之 SYLOJET®P508 矽膠)、4 份可由 Kuraray Co. Ltd.得到之 PVOH聚合物 PVA-117、22份可由 Showa Highpolymer Ltd.得到之聚醋酸乙烯酯乳膠AM-3150、及10 份可由Senka Co.得到之陽離子聚合物CP-103來形成。該 〇 底塗層混合物係以如實例1 -3的相同方法隨後形成於基材 上。其後,印墨接受塗料係被形成於其上,然後測試印刷品 質。印刷顏料印墨於噴墨接受層上,及測量印墨吸收。表 3所述之結果指出使用本發明(實例6、7和9)的噴墨接受塗 料配方,該印墨吸附速率係相當優良。 -28- 200930770 實例 5 6 7 8 9 m 皮塗層 P508/CP103/PVA117/AM3150=100/10/10/4/22 頂 塗 Grace 奈米顆粒 及/或 奈米多孔顏料 Ludox® CL-P 100 50 50 二氧化矽漿體B 50 氧化鋁漿體 50 Ludox® AS40 100 90 二氧化矽漿體A 10 黏合劑 PVA217 5 5 OLZ1371 4 4 4 Epson PM4000PX (光澤紙) (Gloss Paper) BK 1.59 1.62 1.74 2.08 2.02 C 0.62 0.67 0.63 0.66 0.65 Μ 1.06 1.10 1.03 1.18 Η 1.16 Υ 0.79 0.78 0.75 0.79 0.79 印墨吸收 差 優良 優良 差 優良 當本發明以有限實例說明的同時,除了本文另有所述 或聲明外,彼等具體實例並非意圖限制本發明的範圍。很 明顯地,基於本文例示性的具體實施例的觀點,對於彼等 具一般技藝者可明白進一步的修飾、相等物、及改變。除 © 了另外指出以外,實例中以及說明書中之其餘者的所有份 與百分比,均按重量計算。再者,在說明或申請專利範圍 中所敘述之數字的任何範圍,如代表性質、測量單位、條 件、物理狀態或百分比例的特別組合,均意欲以參考文獻 或其他逐字地明確地結合,任何數字均落於該範圍內,包 括任何在此敘述之任何範圍內的數字子集。例如,無論在 揭示具有下限Rl與上限Ru的數字範圍的任何時候,均具 體地揭示任何落於該範圍內的數字R。特別是,以下落於 該範圍內之數字R被具體地揭示:R=RL+k(Ru-RL),其 -29- 200930770 中k爲範圍在1 %至loo%之具有i %增加量的變數,例如让爲 I %、2 %、3 %、4 %、5 %、·.. 5 0 %、5 1 %、5 2 %、…9 5 %、9 6 %、 97% ' 98% ' 99% ' 或 100%。 而且’以任何兩個R値表示之任何數字範圍,如上所 計算亦被具體地揭示。對於該等精通於本技藝者從前述說 明與附帶圖式來看’本發明之任何改良,以及該等本文所 顯示與說明者’將變得顯而易見。此等改良亦被認爲落於 ❹ 附帶之申請專利範圍的範圍中。所有本文所引用之出版 品,其全文在此倂入參考文獻》 【圖式簡單說明】 第1圖係描述本發明之例示性的物體之橫斷面圖,其 中該例示性的體物包含至少一含有金屬氧化物顆粒之層。 第2圖係描述本發明之印墨接受層的掃瞄電子顯微照 片。 第3圖係描述依據本發明之非對稱顆粒之穿透式電子 〇 顯微照片(TEM)。 第4圖係描述習知介質之橫斷面圖,其中該印刷介質 包含在其表面有顏料印墨的多層。 第5圖係描述本發明例示性的物之橫斷面圖,其中該 例示性的物至少一層包含有金屬氧化物顆粒,且其中印刷 顏料印墨滲入表面到顆粒間孔隙。 【主要元件符號說明】 10 塗布基材 II 塗布層 -30- 200930770 12 可 選 擇 的 接 受 層 13 可 々BB m 擇 的 支 撐 層 14 基 層 15 部 份 著 色 劑 16 含 著 色 劑 的 組 成 物 17 表 面 40 習 知 印 刷 介 質 4 1 印 Em 墨 接 受 塗 層 42 瀘 餅 43 剪 力 50 印 刷 介 質 5 1 印 墨 接 受 塗 層 52 多 孔 金 屬 氧 化 物 顆粒 55 印 墨 顏 料 顆 粒 56 顆 企丄 間 孔 隙 度 57 印 墨 溶 劑 ❹ -31 -