TW201105837A - Coated substrate and method for the preparation thereof - Google Patents

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TW201105837A
TW201105837A TW099120905A TW99120905A TW201105837A TW 201105837 A TW201105837 A TW 201105837A TW 099120905 A TW099120905 A TW 099120905A TW 99120905 A TW99120905 A TW 99120905A TW 201105837 A TW201105837 A TW 201105837A
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TW
Taiwan
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particles
coating
aqueous composition
composition
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TW099120905A
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English (en)
Inventor
Kjell Rune Andersson
Erik Lindgren
Original Assignee
Akzo Nobel Chemicals Int Bv
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Description

201105837 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種製造經塗佈之基材的方法，以及經塗 佈之基材本身。 , 【先前技術】 噴墨印表機之發展已導致針對適用於該目的之紙的要 求。具體言之，吾人需要可簡單的製造但仍可進行高品質 喷墨印刷之紙。 已揭示可採用多種塗層以製造適用於喷墨印刷之紙。該 等塗層之實例揭示於US專利申請公開案2002/0039639、2002/ 0164464 、 2003/0099816 、 2003/0224129 、 2004/ 0255820及 2005/0106317中，US 4554181 、 5551975 、 6472013及6797347 ， 且揭示於WO 03/011981、WO 01/53107、WO 01/45956、EP 947349、 EP 1120281、EP 1106373及EP 1580019中。其他實例包括US專 利6416626、5352503及6110601，該等專利揭示包括矽石、聚 乙二醇及有機黏結劑（諸如澱粉或聚乙烯醇）之塗層組合物。 以矽石或矽酸鹽為底質之新一代塗層組合物揭示於WO 2006/049545 ' WO 2006/049546 ' WO 2006/049547 及 WO 2008/105717中。WO 2006/049545揭示一種包括與增量劑 粒子組合之膠態矽石或鋁石夕酸鹽之塗層組合物。WO * 2006/049546揭示一種包括與水溶性鋁鹽或陽離子聚合物 組合之矽石或鋁矽酸鹽之塗層組合物。WO 2006/049547揭 示一種可在不含任何有機塗層黏結劑下加以採用之包括與 水溶性鋁鹽或陽離子聚合物組合之膠態矽石或鋁矽酸鹽之 I48609.doc 201105837 塗層組合物^ WO 2008/丨057〗7揭示一種包括與水溶性鋁鹽 或陽離子聚合物及聚伸烷二醇組合之膠態矽石或鋁矽酸鹽 之塗層組合物。 【發明内容】 本發明之一個目標係提供一種製造經塗佈之基材（特定 言之適用於喷墨印刷之此種經塗佈之基材）的方法，該方 法易於執行。本發明之另一個目標係提供一經塗佈之基 材特疋5之適用於喷墨印刷之此種經塗佈之基材，其可 容易製造。然而，本發明之另一個目標係提供適用於喷墨 印刷之經塗佈之基材且其可使高品質印刷輸出得以進行。 業已發現，以上目標可藉由兩種塗層組合物之新穎組合 實現。 因此，在第一個態樣中，本發明係有關於一種製造經塗 佈之基材的方法，其包括以下步驟：a)提供一基材；_
6亥基材之至少一個面上，施加包含具有超過4〇 之BET 表面積之多孔陰離子顏料粒子及黏結劑之第一種水性組合 物之第一層塗層；然後，c)於該第一層塗層上，施加包: 以陽離子膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子及聚伸烷二醇之 第二種水性組合物之第二層塗層。 在第二個態樣中，本發明係有關於可藉由本發明之方法 獲得之經塗佈之基材。 在第三個態樣中’本發明係有關於零部件套組，其包括 包含具有超過40 m2/g之BET表面積之陰離子多孔顏料粒子 及黏結劑之第一種水性組合物，及包含陽離子以石夕石或石夕 148609.doc -4 - 201105837 酸鹽為底質之粒子及聚伸烷二醇之第二種水性組合物。 業已發現，藉由第一層塗層及於該第一層塗層之上之第 二層塗層組合塗佈之基材可提供高品質且快乾喷墨印刷輸 出之合適基材。然而，可極佳調整第二層以保持並黏結喷 墨印表機中所使用之呈油墨形式之顏料及染料，而得到具 有高光澤度之光滑表面，該第二層之油墨液體吸收能力欠 佳。該第一層之油墨液體吸收能力優異，且因此可幫助吸 收油墨液體而進入表面。因此，本發明使得經塗佈之基材 適用於具有高光澤度及快速油墨乾燥之喷墨印刷。此外， 本發明之方法係相對直接地針對生產設備之器具。 本發明之該等及其他態樣現以本發明以下細節描述形式 描述。 值得注意的係，本發明係有關於附屬申請專利範圍請求 項之所有可能之組合。 【實施方式】 本發明係有關於經塗佈之基材，特定言之適用於喷墨印 刷之基材，及製造該等經塗佈之基材之方法。該基材較佳 為紙或紙板網，但是亦可設計其他基材，諸如（但不僅限 於）塑膠膜（諸如適用於ΟΗ膜者）及織物網。 待塗佈之紙及紙板可藉由以下任一種紙漿製造：諸如化 學紙漿（諸如硫酸鹽 '亞硫酸鹽及有機溶膠紙漿）、機械紙 製（諸如熱磨機械紙漿（ΤΜΡ)、化學熱磨機械紙漿 (CTMP)、細磨紙漿或磨木紙漿）’可藉由基於原生或再生 纖維或其任一組合基礎上之漂白或未漂白之硬木及針葉樹 148609.doc 201105837 材兩者之紙漿製造。任何其他類紙漿之紙及紙板亦可根據 本發明塗佈。紙及紙板可在各種程度上進行内塗膠或不經 塗膠且通常可包括所採用之填充劑（諸如各種黏土、碳酸 鈣、滑石等等）。該紙可視情況諸如利用澱粉進行表面處 理。克重可在寬範圍（例如約4〇至約800 g/m2或更大’或約 7〇至約300 g/m2)内變化。在以下描述中，用語紙係指紙及 紙板兩者。 一版，本發明之經塗佈之基材係以兩步塗佈製程製造。 在第一步步驟中，於一基材（諸如一紙基材）之至少一個面 上施加如文中所界定之第一種水性組合物，而形成其上之 第一層塗層。在第二步步驟中，於該第一層塗層之上施加 不同於第-種水性組合物之如文中所界定之第二種水性組 «物’而形成第二層塗層。在第一層塗層及第二層塗層之 間沒有配置額外塗層（等）為較佳。 2第-種水性組合物包括多孔陰離子（較佳之具有超過扣 m/g之耐表面積之無機顏料粒子)、及黏結劑且一般係 以水性分散液的形式施加至基材。組合物之耐表面積係 按該組合物中所右姑7 ' 有顏科粒子之重量平均BET表面積計算。 ”有超過4G m /g之平均BET表面積之該等顏料粒子較佳 燒製或凝膠型…或錢鹽為底質之顏料粒 乂 。亥專無機顏料粒子具有約5〇 m2/g(諸如約7〇 m g至約50〇m/g(諸如至約彻a)之耐表面。 文中所採用之「BE丁表面積」係指藉由仏刪㈣，$、 mmett，P. H.、及丁心，e，「多分子層中之氣體吸附」 148609.doc 201105837 (「Adsorption of gases in Multimolecular Layers」）j Am
Chem. Soc.，1938, 60(2)，第309-319頁中所描述之方法測定 吸收，且採用微晶學ASAP 2〇10儀器在177 κ下測定n2 吸收而得到之表面積。 . 較佳，第一種水性組合物包括具有約0.15 m3/g(諸如約 ' 〇.30 m3/g)至約1.5 m3/g(諸如至約1.2 m3/g)之BET孔隙體積 之顏料粒子。如文中所採用之「BET孔隙體積」係指經由 藉由 Brunauer，S、Emmett，P. Η、及 Teller，E(supra)描述之 方法測定A吸收得到之孔隙體積。 除了上述以矽石或矽酸鹽為底質之顏料粒子之外或作為 替代上述以矽石或矽酸鹽為底質之顏料粒子者，第一種組 合物可包括其他種類之顏料粒子。該等顏料粒子之實例包 括（但不僅限於）高嶺石、膨潤石、滑石、碳酸鈣礦物、沉 搬碳酸鈣、硫酸鈣及其混合物。然而，較佳，在第一種組 合物中’石夕石顏料粒子可占顏料粒子總含量之5〇至1 重 量％。 沉澱矽石係指水性介質中之基本矽石粒子在混凝呈疏鬆 聚集物、再生、洗滌、然後乾燥時而得到之矽石。沉澱矽 - 石可例如以商標Tix〇silTM、Zeolex™ 123等等購買獲得。 凝膠型矽石係指藉由矽凝膠形成之粒子（通常描述為連 續膠態矽石粒子之黏結剛性三維網路p凝膠型矽石可例 如以商標Sylojefm購買獲得。燒製矽石係指藉由火焰水解 法製得之矽石。燒製矽石可例如以商標Cabosil™及 Aerosil™購買獲得。 148609.doc 201105837 使—種或多種黏結劑包括於用於第一種餘 =合:中’當經乾燥時，可在基材上形成具:= 針對基材之黏著性）之塗層。在本發明 劑”右-種或多種黏結劑包括一種或多種有機黏結 二=有機黏結劑之實例包括(但不僅限於)聚乙稀醇、 而絰改質之澱粉'膠質、蛋白質黏結劑⑼如酪蛋白 及大旦蛋白黏結劑)、乳膠(例如基於苯乙烯丁二稀、丙稀 酸西旨、乙酸乙稀細、乙烯及乙酸乙稀基s旨之共聚物、苯 乙稀丙稀酸S旨等等為主者）、及其混合物。例如，該黏结 劑可以約5 pph(每i 00重量份顏料之重量份）（諸如約工〇㈣ 至約5〇 PPh(諸如至約40 PPh)，例如Η)至30 pph之含量存 在。 此外，該第一種組合物可包括流變改質冑，諸如，纖維 素（例如羧曱基纖維素（CMC))。第一種組合物中流變改質 劑之含量係隨所期望之黏性而定，且可在約〇 pph(諸如約 0.5 pph)至約15 pph(諸如至約1〇 pph(每1〇〇重量份顏料之 重量份））之範圍内。該第一種組合物一般係呈在水中之分 散液形式。該組合物之水及視需要之流變改質劑之含量較 佳係經調節以獲得具有合適黏性之組合物。所期望之黏度 取決於將組合物施加至基材之方法，此點為熟習此項相關 技術之人士悉知，然一般係在如在2 5 °C下，於配備有5 0 rpm之4號轉子（NO 4 spindle)之布魯克菲爾德（Br〇〇kfield) 黏度計上測得之100 cP至2000 cP之範圍内。 該第一種水性組合物中顏料粒子之總含量較佳為總組合 148609.doc 201105837 物m至約70重量％ ’最佳為該總水性組合物之約$至約 60重’尤其最佳為約1〇至約6〇重量％或約2〇(或甚至約 25)至約60重量％。 該第一種組合物可進—步包括通常適用於紙塗層組合物 中之其他習用組分，諸如(但不僅限於)螢光增白劑、著色 劑染料、不溶黏料、潤滑劑、微生物劑、穩定劑、施膠 劑、消泡劑等等。 第-種水性組合物之顏料粒子較佳為陰離子。第一種組 合物之較佳組分為天^陰離子，且因此，㈣合物之製法 為技術界習知。 可採用熟習此項才目關技術之人士悉知之任一種塗佈方法 將第-種水性組合物施加於基材上。—般係將組合物施加 於基材上以在整個基材表面上形成基本上連續之塗層雖 然其亦可經設計而使言亥塗層以圖案化方#配置於該基材 上。 第一種水性組合物較佳係以可足以得到基材之每個經塗 佈之面具有.約0_4至約40 g/m2之乾組合物重量之第一層塗 層之含量施加於基材上，基材之每個經塗佈之面具有約 0.5至約40 g/m為更佳，基材之每個經塗佈之面具有約^至 約25 g/m2為最佳。 將第二種水性組合物施加於藉由第一種水性組合物獲得 之第一層塗層之上以在基材上得到層化結構。該第二種水 性組合物包括以陽離子膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子， 且確實進一步包括聚伸烷二醇。該聚伸烷二醇較佳占該第 J48609.doc 201105837 二種水性組合物中有機材料總含量之5〇至1〇〇重量％，諸 如60至100重量％或70至晴量％。該第二種水性組合物 中之聚伸院-醇含量較佳為基於】〇〇重量份乾燥以石夕石或 石夕酸鹽為底質之粒子之約2 PPh(重量份/100重量份乾燥以 石夕石或石夕酸鹽為底質之Ψ i、 勹泜頁之拉子）（诸如約10 pph)至約60 pph(諸 如至約50 pph，例如至約40 pph)。 業已發現聚伸烧二醇之存在可得到高濃度之粒子，使盆 可以單-塗佈操作形式將高含量之粒子施加於紙或紙板 上。此外，經利用不包含或僅包含低含量之其他有機材料 (具體言之有機點結劑）之第二種水性組合物塗佈紙或紙板 可獲得優異的結果。因此’該第二種水性組合物較佳不含 有機黏結劑’或包含基於顏料粒子總含量計之小於較 佳小於H)、最佳小於3或小於1重量％之有機黏結劑。該等 有機黏結劑之實例包括（但*僅限於）其等與第—種水性塗 層組合物相關之以上所提及之彼者。 文中所採用之用語聚伸烧二醇係指環氧燒之聚合物，且 較佳係實質上不含其他經共聚之單體。較佳之聚伸院二醇 係實質上不含取代基。有用之聚伸院二醇包括聚乙二醇 (PEG)、聚丙二醇及其混合物，其中聚乙二醇為較佳。聚 伸烧二醇之平均分子量1為約1〇，_ D(諸如2〇，_ D)至 約5〇〇,000 D(諸如至約3〇0,000 D)。在—些情兄下—為 ^^ 100,000 ==點可令壓延於高溫下進行，此舉依次可得到具 有較尚光澤度之產品。 148609.doc -10- 201105837 第二種水性組合物包括以陽離子膠態矽石或矽酸鹽為底 質之粒子，該等粒子較佳為人造且非晶形。業已發現相對 高含量之以陽離子穋態石夕石或石夕酸鹽為底質之粒子與聚伸 烷二醇之組合可得到經塗佈之基材（諸如經塗佈之紙）之優 異印刷性質》 該等以陽離子膠‘1^石—切酸鹽為底質之粒子較佳具有 約5至125 nm之膠態粒子平均直徑，諸如1〇至1〇〇⑽。第 二種水性組合物中之該等以陽離子膠態心或_«為底 質之粒子可聚集成較佳具有小於約25 _、更佳小於約15 μιη之平均直徑之多孔聚集物。可瞭解為該等多孔聚集物 之平均直徑總大於形成彼者之粒子之平均直徑。文中所採 用之用語直徑係指等效球形直徑。聚集物之表面積通常係 與形成該等聚集物之陽離子膝態粒子之表面積基本上相 同。5亥等陽離子膠態粒子較佳具有如根據藉由G. W. Sears 在J. A蚁Chem，28, 1981中描述之方法測得之約避約 60〇 m2/g之表面積，更佳為約3〇至約45〇①、，最佳為約 40至約 400 m2/g或約 50至約 30〇m2/g。 第二種組合物中以膠態梦石或㈣鹽為底質之粒子之表 面净電荷主要為正’在此情況下，該等粒子可視為陽離 -jp- 〇 幻如第一種水性組合物之以石夕石或石夕酸鹽為底質之粒 子之㈣子性質可藉由採用主要包括陽離子以砂石或石夕酸 鹽為底質之粒子之在商業上可獲得之組合物（諸如陽離子 石夕石溶膠）或藉著將陽離子組分（等）添加至主要包括陽離子 148609.doc 201105837 以石夕石或矽酸鹽為底質之粒子之組合物（諸如陰離子石夕石 溶膠）實現。 作為陽離子組分之第二種組合物較佳包括水溶性鋁鹽、 陽離子有機聚合物或其混合物。 水溶性鋁鹽較佳係以膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子計 之按重量％ Al2〇3計算之約〇」至約1〇重量％、最佳約〇 2至 約5重量％之含量存於第二種水性組合物中。可採用任一 含鋁鹽且鹽之實例包括氯化鋁、聚氣化鋁、聚矽酸硫酸 鋁、硫酸鋁 '及其混合物。該鋁可部分或完全地存於以膠 態矽石或矽酸鹽為底質之粒子及視情況之其他顏料粒子之 表面上或存於水相中。 第二種水性組合物中整體含量之水溶性鋁鹽可源自以陽 離子膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子。然而，顏料組合物 亦可包括額外之水溶性鋁鹽。 陽離子有機聚合物較佳具有約2 〇〇〇至約1〇〇〇 〇〇〇 d之 平均分子量Mw，最佳為約2 〇〇〇至約5〇〇 〇〇〇 D，或約4 〇〇〇 至約20〇,〇〇〇 D。電荷密度較佳為約〇 2至約12 meq/g，最 佳為約0.3至約11 meq/g，或約〇 5至約1〇叫/§。該陽離子 有機聚合物較佳係以基於乾顏料粒子之含量計之約〇丨至 約20重量％之含量存於第二種水性組合物中約〇3至約Η 重量％為更佳，約〇.4至約1〇重量％為最佳。合適之陽離子 有機聚合物之實例包括較佳達到以上有關於分子量及電荷 密度規格之人造或天然聚電解質’諸如pAM(聚丙烯醯 胺）聚DADMAC(聚二烯丙基二甲基氯化銨）、聚烯丙基 148609.doc 201105837 胺、多胺、多醣及其混合物。該陽離子聚合物可部分或完 全存於以膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子及視情況之其他 顏料粒子之表面上或存於水相中。 第二種水性組合物中整體含量之陽離子聚合物可源自以 陽離子膠㈣石或梦酸鹽為底質之粒子。然而，顏料組合 物亦可包括額外之陽離子聚合物。 尤其佳之第二種水性組合物包括上述水溶性鋁鹽之一者 或兩者及上述陽離子聚合物。 第二種水性組合物中陽離子以石夕石或石夕酸鹽為底質之粒 子之乾含量較佳為約0.5至約70重量％，最佳為約】至約6〇 重量％。 、在-個實施例中’第二種組合物之陽離子膠態粒子包括 以矽石為底質之粒子。在另一個實施例中，陽離子膠態粒 子包括以矽酸鹽為底質之# 低員之粒子（諸如鋁矽酸鹽或硼矽酸 鹽）。膠態硼矽酸鹽粒子之竇你丨 貫例及其製法包括例如W〇 99/ 16708中所描述之彼去。介 亦可知用各種以陽離子膠態矽石 為底質及以矽酸鹽為底曾+ 咕 巧低質之拉子、或其聚集物之混合物。 第二種水性組合物中之## 專以％離子膠態矽石或矽酸鹽 為底邊之粒子較佳调白丨、，挪 '、自膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子 之溶膠。第二種水性組人“ 負才十 t ^ + ' 中之以膠態矽石或矽酸鹽為底 贸之粒子之該溶膠較祛 係已藉由鹼金屬矽酸鹽水溶液形 成，其中驗金屬粒子传莊山# '、猎由虱離子置換。爲獲 量之溶膠，較佳採用雜2 J鉸付低I 3 礎上父換或膜製程。基於離子交換基 礎上之製程遵照尺κ 土 石夕石化學」（「The Chemistry I48609.doc 13 201105837
Of Silica」）1979年，第333至334頁中所描述之基本原則， 且得到包括以膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子之帶負戍正 電荷粒子之水性溶膠。 第二種水性組合物可包括膠態矽石粒子，該等粒子例如 利用金屬氧化物或其他金屬鹽（諸如鋁、鈦、鉻、锆、石朋 或任何其他合適金屬之氧化物或其他鹽）可進行或可不進 行核或表面之改質。 以膠態石夕石或矽酸鹽為底質之粒子之適宜水性溶膠可例 如以商標 Ludox™、SnowtexTM、Bindzil®、Nyac〇1TM、 Vinnsil™或FennosiiTM在商業上獲得。 不像藉由分散例如沉澱矽石、凝膠型矽石或燒製矽石之 粉末而形成的溶膠，經由離子交換或膜製程藉由鹼金屬矽 酸鹽製得之溶膠甲之膠態粒子從不經乾燥至粉末。 業已發現，經由粒子交換藉由鹼金屬矽酸鹽製得之溶 膠且具體§之其4具有相對低表面積之彼者，可使得顏 料粒子如此佳地黏至下伏表面以致可省略有機黏結劑之使 用。 第二種水性組合物中部分或所有之以陽離子膠態矽石或 矽酸鹽為底質之粒子可呈聚集物形式。利用任一合適方法 (諸如 R. K. Iler，「石夕石化學」（「The Chemistry 〇f
Silica」）1979年，第364至407頁中所描述之彼者）可使溶膠 中之粒子發生聚集而形成聚集物之分散液。聚集度接著可 使付測定黏度及施用Einstein&M〇〇ney方程式進行（參見例 如 R· K. Iler，石夕石化學」（「丁以 chemistry of Silica」） 148609.doc 201105837 79年第360至364頁）。聚集可作為單獨的步驟進行或 呈亦匕括其他顏料粒子之混合物形式。 在-個實施例中，將陰離子溶膠(包括帶負電荷之膠態 粒子）及陽料轉（包括帶正電荷之㈣粒子）混合，使得 自兩種溶膠之粒+之陽離子聚集物形成。 在另-個實施例中，將選自二價鹽、多價鹽或配鹽之鹽 添加至陰離子或陽離子溶膠，同樣使得陽離子聚集物形 成n例為氣化紹、聚氣化銘、聚料硫酸銘、硫酸 鋁、奴酸鍅、醋酸鍅、鹼金屬硼酸鹽、及其混合物。 仍然，在另—個實施例中，採用橋接物質可藉由-級粒 子形成聚集物。合適橋接物f之實例為人造及天然聚電解 質，諸如cMC(羧甲基纖維素）、PAM(聚丙烯醯胺）、聚 DADMAC(聚二烯丙基二甲基氣化铵）、聚丙稀胺多胺、 澱粉 '瓜爾膠、及其混合物。 亦可採用包括以上聚集方法一者、兩者或所有三者之任 一組合。 第二種水性組合物可額外地包括一種或多種其他無機材 料之粒子’諸如以下之粒子：高嶺石、膨潤石、滑石、碳 酉九辦廣物、；儿殿碳酸約、硫酸妈、沉搬石夕石、凝膠型石夕 石、燒製ί夕石及其混合物。 第二種水性組合物中以陽離子膠態矽石或矽酸鹽為底質 之粒子之3里較佳為固狀物粒子總含量之約10至1 0 〇重量 % ’最佳為約30至100重量％或約50至1〇〇重量％。 第一種水性組合物中粒子之總含量較佳為約i至約8〇重 148609.doc 15 201105837 量％，最佳為約5至約70重量％，尤其最佳為約1〇至約的重 量％或約20或甚至約25至約60重量％。 第二種水性組合物亦可包括通常適用於紙塗佈之其他添 加劑，諸如螢光增白劑、著色劑染料、不溶黏料、潤滑 劑 '微生物劑、穩定劑、施膠劑、消泡劑等#，以及原料 之各種雜質。其他添加劑及可能雜質之總含量較佳為基於 乾含量基礎上計之〇至約50重量％，最佳〇至約3〇重量％。 顏料組合物之總乾含量較佳為約2至約80重量％，最佳為 約10至約75重量❶/。或約20或甚至3〇至約75重量％。 業已發現，作為第二種水性組合物言之’包括具有低比 表面積（較佳低於450 m2/g)、且經由如前述之離子交換藉 由鹼金屬矽酸鹽製得之以膠態矽石或矽酸鹽為底質之」^ 粒子或其聚集物之粒子之組合物為較佳。 第二種水性組合物一般係藉由混合聚伸烷二醇及包括以 膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子之水性組合物製得。該聚 伸烷二醇較佳係例如藉著使固狀物粉末溶於該水性分散液 中而添加至以陽離子膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子之水 性分散液，然而，亦可進行稀釋或預先溶於例如水中。包 括水溶性鋁鹽及/或陽離子有機聚合物之組合物較佳可藉 著使該等組分與水性分散液（例如，視需要亦包括文中^ 述之其他顏料粒子之以膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子之 溶膠）混合且然後添加聚伸烷二醇獲得。較佳以一種方式 使膠態矽石或矽酸鹽粒子、水溶性鋁鹽及陽離子聚合物混 合，因此可避免實質凝膠化或沉澱。例如，鋁鹽及陽離子 148609.doc 201105837 聚合物可經混合以形成其水溶液，且然後可將膠態及視需 要之其他顏料粒子之水性分散液添加至其中，較佳在搜拌 條件下以確保所得分散液中一直有帶陽離子淨電荷之粒 子。以膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子及視需要之其他顏 料粒子與鋁鹽及陽離子聚合物混合之多種合適之方法亦描 述於前面提及之WO 2006/049546及WO 2006/049547中。 第二種水性組合物較佳係以足以得到可使基材每個經塗 佈之面具有約〇·4至約40 g/m2之乾組合物重量之第二層塗 層之含量進行施加，可使基材每個經塗佈之面具有約〇.5 至約40 g/m2為更佳，可使基材每個經塗佈之面具有約^至 25 g/m2為最佳。 將第一種及第二種水性組合物施加於基材上以形成塗層 之方法包括（但不僅限於）刮塗、氣刀刮塗、輥塗、簾幕式 塗佈、喷塗、壓膠塗佈及鑄塗。在計量膜壓塗佈情況下^ 可採用不同桿（等）及桿壓力，例如約〇 5至約8巴（諸如約丄 至約5巴）。 备在塗佈紙或紙板時，該塗佈可在造紙或紙板機中或離 開造紙或紙板機進行。 在施加塗層後，乾燥該經塗佈之基材，其在於機械塗佈 之情況下較㈣在㈣械之乾燥段完成。可採隸何乾燥 法’諸如紅外_、熱空氣、加熱烘紅或其任一種組 合。然後’紙可經歷任一種習知處理，諸如壓延等等。可 採用不同之壓延Μ力（線載荷）以得到所需之表面光滑声， 例如約20 kN/m(或更低）至約7〇〇 kN/m(或更高），或約 148609.doc 17 201105837 50(或約 100)至約 6〇〇 kN/m。 較佳’中間乾燥步驟及亦可視情況之壓延步驟可在經利 用第一種組合物塗佈基材之後且在利用第二種組合物塗佈 基材之前進行。 文中所採用之用語塗佈係指其中顏料係施加至基材表面 之任種方法，因此不僅包括習知之塗佈，而且亦包括其 他方法（諸如例如顏料著色）。 本發明之一個態樣係有關於期望適用於塗佈文中所述基 材（基紙）之包括文中所述之第一種水性組合物芩文中所述 之第二種水性組合物之零組件套組。 本發明之另一個態樣係有關於經塗佈之基材特定言之 可藉由上述方法獲得之經塗佈之紙或紙板。本發明之經塗 佈之基材（特定言之經塗佈之紙或紙板）包括其十至少一個 面上提供有上述第一種水性組合物之第一層塗層、及配置 於該第-層塗層之上之上述第二種水性組合物之第二層塗 層的基材。該等第一種及第二種水性組合物係在其施加之 後至=部分地進行乾燥。至於第一種及第二種組合物之其 他細郎及實施例，參考以上該等描述。 本發明之經塗佈之紙較佳具有如藉由BYK Gardner法測 知之於75。下高於6〇%之光澤度值。 現在’本發明進-㈣以下列實例進行描述。除非另外 陳述，否則所有份及百分 θ 係才曰伤及重ϊ〆〇。以pph表示 之3量係指份/1〇〇份乾顏料粒子。 實例1 148609.doc -18- 201105837 在該等測試中’製得包括兩層塗層之經塗佈之紙。就此 目的而言，先製得不同調配物，繼而施加於基紙（8〇 g/m2 獲自Staples公司之複印紙）上。 a)第一層塗層調配物之製法 • 利用不同的無機顏料組合物製得6種調配物。該等顏料 • 係在攪拌（10 〇〇〇 rpm)下分散於水中。添加黏結劑（苯乙烯 丁一稀乳膠）（獲自 Eka Polymer Latex Oy 之 Litex P6115)， 接著添加CMC(獲自Noviant Oy之Finnnx 10)。該等調配物 可經調整達介於8.5及9 5(2 M Na0H)之間之PH，且然後， 於溫和搜拌條件下’在使用之前維持2小時。乳膠之添加 量在所有調配物中相同’為15 pph，即為基於1 〇〇份乾顏 料基礎上之15份乾乳膠。CMC之含量係在介於3及6 pph之 間變化’爲了得到約500 cP(布魯克菲爾德黏度計，25〇c， 50 rpm下之4號主軸）之黏度。在所有6種調配物中，該等 調配物係經計算可得到相同之固狀物含量（3 3重量。/〇)。下 表中更詳細地出示調配物。 148609.doc •19· 201105837 表1 組分 含量（如為 以下），g 固狀物％ pph 表面* 面積，g/m2 孔隙體積 *cm3/g 預1 沉澱矽石1 230 87 100 129 0.3139 水 430 - - 乳膠 60 50 15 CMC 6 100 3 預2 黏土2 212 94 100 9 0.0826 水 448 - - 乳膠 60 50 15 CMC 10 100 5 預3 矽膠3 100 100 100 351 1.0828 水 265 響 - 乳膠 30 50 15 CMC 3 100 3 預4 碳酸約4 134 75 100 7 0.0761 水 196 - - 乳膠 30 50 15 CMC 5 100 5 預5 沉澱矽石1 32 87 50 129 0.3139 黏土2 30 94 50 9 0.0826 水 121 - - 乳膠 17 50 15 CMC 2 100 3.5 預6 沉澱矽石1 16 87 25 129 0.3139 黏土2 45 94 75 9 0.0826 水 122 - - 乳膠 17 50 15 CMC 2 100 4 1.獲自 Huber公司之 Zeolex 123
2. 獲自 Imerys Minerals之 Capim NP 3. 獲自 Grace Davison之 Sylojet P 612 4. 獲自 Omya之 Hydrocarb 60 依據N2-吸附測得之顏料*表面積及孔隙體積（BET)。 b)第二層塗層調配物之製法 製得具有44重量％乾含量之漿料。該粒子摻合物為矽石 溶膠（獲自 Eka Chemicals 之 Bindzil 50/80)及黏土（獲自 148609.doc •20- 201105837
Imerys Minerals之Capim NP)之混合物。分散液中石夕石溶 膠及黏土之間之乾重比為75/25。Bindzil 50/80具有約80 m2/g之表面積。爲了使溶膠中之該等矽石粒子陽離子化， 使8·3 pph之聚氣化铭（獲自Clariant之Locron L)及5.0 pph之 聚 DADMAC(獲自 Katpol之聚四級（Polyquat)40 U 05 NV)在 Ultra-turrax中一起與粒子摻合物混合。分別以基於100份 乾燥粒子基礎上之份乾燥產品（pph)形式計算聚氣化銘（以 Al2〇3 表示）及聚 DADMAC。 在極其溫和的攪拌（磁攪拌）下，藉著使水與不同聚乙二 醇/聚環氧乙烷（PEG)產品混合成漿料A而製得4種調配物。 在所有調配物中，調整水添加量可得到41重量％之固狀物 濃度。PEG含量為針對100份乾燥粒子之25乾燥份。最終 調配物之黏度介於500及1500 cP之間（布魯克菲爾德黏度 計，25°C，50 rpm下之3號主軸）。表2中細節出示調配物 配方。 表2 組分 含量，g (如為以下） 乾含量，％ pph 面1 漿料A 200 44 100 水 45 - PEG la 20 100 25 面2 漿料A 200 44 100 水 45 - - PEG 2b 20 100 25 面3 漿料A 200 44 100 水 45 - - PEG3C 20 100 25 面4 漿料A 200 44 100 水 45 - - PEG 4d 20 100 25 148609.doc -21 · 201105837 a) 獲自Fluka之聚乙二醇20 000(重量平均分子量為2〇 kD) b) 獲自Fluka之聚乙二醇35 000(重量平均分子量為35 kD) c) 獲自Sigma-Aldrich之環氧乙烷（重量平均分子量1〇〇 kD) d) 獲自Sigma-Aldrich之環氧乙烷（重量平均分子量2〇〇⑽） c)塗層施加，紙及印刷測試 藉由下引法可將塗佈調配物施加於紙的一個面上。，方 法顯示，施加器為線材且此種通常係適用於實驗室塗佈測 試中。首先’將表1之調配物施加於紙表面上作為第一層 塗層，且然後，於80 C下，在拋光乾燥鼓上進行乾燥。第 一層塗層之乾燥塗佈重量介於16及24 g/m2之間。然後，作 為第二層塗層將出示於表2中之調配物施加於第一層塗層 之上，而後再次使該等紙於該乾燥鼓上進行乾燥。第二層 塗層之重量介於7至13 g/m2之間。 雙面塗佈紙係在實驗室壓延機（獲自DT Paper Scienee， Finland)中壓延。壓延係於22t下進行且該等紙係以μ kN/m之線載荷3次通過壓延機’然後，使線載荷增加至13〇 kN/m，接著，在此線載荷下令紙1〇次通過。使該等紙在進 行不同性質測試之前維持於23t及5〇% RHt。下列，描 述所採用之測試方法。 在印刷紙之前，先測定該等紙之光澤度。該等測定係利 ， 用獲自BYK-Gardner Gmbh之微光澤計在乃。角下完成。兩 種噴墨印表機可用以印刷多種紙，為6彻（獲自惠普 (Hewlett Packard))及 Can〇n ip45〇〇(獲自 Can〇n)。該等兩種 I7表機使用以染料為底質之油墨。印刷圖片包括7色塊， 148609-doc -22- 201105837 為青、紫紅、黃、綠、藍及黑。測試印刷之多種性質。 色域體積：利用分光光度計（獲自Technidyne2C〇丨 Touch 2)測定經印刷之集團及未經印刷之紙，然後，計算 色域體積。色域體積係與色彩空間CEI L*a*b*中之十二面 體接近且色彩之測定可得到呈十二面體形式之角（「參見 Rydefalk Staffan、Wedin Michael ;「有關印刷製程基礎中 色域之文獻述」（「Literature review on the colour Gamut in the Printing Process-Fundamentals)，PTF-報告編 號32 ， 1997年5月」）。 油墨乾燥時間：該等測試係針對黑色印刷進行，由於就 該等兩種印表機而言，油墨為最慢乾燥之油墨。該測試係 針對黑色印刷區域藉由輕掃面紙進行且此舉係在紙已經印 刷後在不同時間（秒）下完成。在該面紙上沒有變黑時，油 墨可視為乾燥。 油墨之摩擦除去：在紙已經印刷後24小時，進行測試。 在此情况下，面紙遍及黑色區域進行摩擦，然後，視覺判 斷該面紙有多少變黑（良好=無變黑，中等=略微變黑，及 不良=面紙若干發生變黑）。 在表3(印表機HP 6980)及4(印表機Canon iP45〇〇)中，就 第一種及第二層塗層之多種組合而言’出示了所有測試結 果。 148609.doc -23- 201105837 表3 印表機HP 6980 預-塗佈 重量 (g/m2) 面-塗佈 重量 (g/m2) 紙光澤度 (%) 油墨乾燥 時間(粆） 油墨之摩 擦除去 色域體積 預1+面4 24 8 82 10 良好 301293 預2+面4 (參考） 17 7 81 105 良好 287762 預3+面4 19 13 67 0 良好 285030 預4+面4 (參考） 16 8 72 120 良好 294399 預5+面4 18 8 80 45 良好 293716 預6+面4 (參考） 18 8 78 75 良好 283039 預1+面1 24 8 83 20 不良 306047 預1+面2 24 8 83 20 不良 302922 預1+面3 24 9 83 20 中等 308405 表4
Canon iP印表機 預-塗佈 重量 (g/m2) 面-塗佈 重量 (g/m2) 紙光澤度 (%) 油墨乾燥 時間(秒） 油墨之摩 擦除去 色域體積 預1+面4 24 8 82 5 良好 233499 預2+面4 (參考） 17 7 81 >120 良好 246345 預3+面4 19 13 67 15 良好 227414 預4+面4 (參考） 16 8 72 110 良好 262370 預5+面4 18 8 80 30 良好 256363 預6+面4 (參考） 18 8 78 110 良好 249312 預1+面1 24 8 83 10 不良 243588 預1+面2 24 8 83 0 中等 249208 預1+面3 24 9 83 15 中等 252280 結果顯示，就所有組合而言，可獲得高品質（色域體積） 具光澤之紙。然而，油墨乾燥多數取決於第一層塗層之性 質。具有包含相對大量多孔高表面積顏料（諸如沉澱或凝 148609.doc -24- 201105837 膠型石夕石）之第一層塗層（預1、預3及預5)之該等紙得到比 具有其他第一層塗層之紙更快之油墨乾燥。其亦可看出， 當高分子PEG存於第二層塗層中時，油墨之摩擦除去趨勢 較低。 實例2 在該實驗中，就普通複印$(Staples公司）及塗佈有調配 物預1(參見前述實例i中之表1}作為第—層塗層之塗佈測試 而吕，製造用於第二層塗層之兩種不同調配物。該第一層 塗層係如實例1中者進行施加且在此情況下，塗佈重量^ 8.5 g/m2。 ·"、 在製得用於第二層塗層之調配物中，將176 g聚氣化鋁 (獲自 Clariant之 L〇Cron L，40%(以乾燥 a1203 表示））、1〇 6 g聚DADMAC(獲自Katpol之聚四級40 U 05 NV，40重量％ 溶液）及22 g水先混合，然後，在Uhra 丁町^混合器中 (1000 rpm)，經過高速剪切。在連續高剪切混合條件下， 將 242 g獲自 Eka Chemicals之 Bindzil 50/80(50重量。/。)慢慢 添加至該溶液。所得之顏料漿料（後文中稱為調配物…具 有45.5%之乾含量。 用於第二層塗層之第二種調配物（調配物c)係在磁攪拌 下’藉著使15_5 g PEG(具有分子量200 kD之獲自Sigma-
Aldrich之聚環氧乙烷）與〗5 g水混合成15〇叾調配物b而製 得。此舉可得到基於1〇〇份矽石溶膠顏料計之25份pEG。 該調配物中之乾含量為46.4重量％。利用兩種調配物8及c 可進行以下三種實驗； 148609.doc -25· 201105837 1 ·利用調配物B在經塗佈有預1之紙上進行塗佈。 2.利用調配物C在經塗佈有預1之紙上進行塗佈。 3 ·利用調配物C在普通複印紙上進行塗佈。 第一層塗層之施加及該等紙之壓延係如實例1中者進 行。HP 6980用紙之光澤度及印刷係如實例1中者進行。哼 等紙係於惠普上進行喷墨印刷。色域體積、油墨乾燥時間 及油墨之摩擦除去係如前述實例中所述進行評估。表5中 出示該等測試結果。
該等結果顯示相對色域體積之高品質輸出。然而，利用 包含多孔高表面積顏料（諸如沉澱矽石）之第一層塗層及包 含PEG之以矽石溶膠為底質之第二層塗層之組合可獲得最 高之光澤度及最快之油墨乾燥時間（上表中之概念2)。 實例3 在該等實驗中，採用陽離子矽石溶膠（獲自Eka Chemicals之Bindzi丨CAT 22〇)。該產品包括3〇重量％固狀 物且具有220 m2/g之表面積。用於第二層塗層之兩種調配 物係在以該矽石溶膠為底質製得。—者（D)含有5 pph PEG，且另一者（E)具有15 pph pEG(基於1〇〇份乾燥Bindzii 上之乾燥份卜在此情況下，PEG為具有1〇〇 kD之分子量之 148609.doc •26· 201105837 聚環氧乙烷產品（Sigma-Aldrich：^經塗佈有預丨（參見實例i 中之表ι)(第一層塗層）之紙係藉由兩種調配物D&E(31%固 狀物）進行實驗室塗佈。作為參考，經塗佈有預〗之套組紙 亦可藉由唯一Bindzil產品（不含PEG)塗佈。該等紙係如實 例1中所述者進行壓延、印刷並且測試。此外，印刷光澤 度可利用獲自BYK Gardner之微光澤計進行測定。一種測 定係針對各經印刷之色塊進行並計算平均結果。該等測試 中採用兩種印表機，為Hp D546〇及Hp 825〇，前者具有有 色油墨，然後者利用以染料為底質之油墨。在表6及7中， 所有測試結果分別係針對兩種印表機出示。 表6 HP D5460 第2層 塗層 第1次塗 佈層重， g/m2 第2次塗 佈層重， g/m2 紙光澤 度，％ 印刷光澤 度，％ 油墨乾燥 時間，秒 油墨之 摩擦除 去 色域體 積 參考 8,9 8,8 51 41 60 中等 241966 D 8,9 7,3 61 53 30 中等 E 8,9 9,2 69 61 30 中等 / / j\j 267454 表7 HP 8250 一第2層= 次~~ 塗層 塗佈層 塗佈層 重， 重， g/m2 g/m2 參考 8,9 ' 8,8 D 8,9 9,2 E 8,9 7,3 紙光澤 度，％ — --— 印刷光 澤度， % 油墨乾 燥時 間，秒 油墨之 摩擦除 去 色域 體積 38 0 中等 275351 —61 42 0 中等 261278 59 0 良好 267454 ?尤斤有兩層式樣本而言’有關於色域之印刷品質為良 148609.doc -27- 201105837 好，也就是說，比較針對普通未經塗佈之複印紙所獲得之 彼者而言，色域為約60%更高。此外，當面塗層包含PEG (實例1中之概念D及E)時，就利用有色油墨之印表機（HP D5460)而言，油墨乾燥速率增加。就其他印表機（HP 82 5 0)而言，在第二層塗層中油墨含量獨立下，油墨即時 乾燥，此點意指在此情況下，第二層塗層之性質並不重 要。 比較參考，就概念D及E言之，紙光澤度以及兩種印表 機之印刷輸出光澤度明顯較高。 148609.doc • 28 -

Claims (1)

  1. 201105837 七、申請專利範圍： 1. 一種製造經塗佈基材之方法，其包括以下步驟： a) 提供一基材； b) 於该基材之至少一個面上’施加包含具有超過4〇 • m2/§之BET表面積之多孔陰離子顏料粒子及黏結劑之第 . 一種水性組合物之第一層塗層；及 c) 於該第一層塗層上，施加包含以陽離子膠態矽石或 石夕酸鹽為底質之粒子及聚伸烷二醇之第二種水性組合物 之第一層塗層。 2. 如請求項1之方法，其中該基材為紙或紙板。 3 ·如請求項1或2之方法，其中該第一種水性組合物包括諸 如顏料粒子，沉澱、燒製或凝膠型矽石粒子。 4.如請求項3之方法’其中該等沉澱、燒製或凝膠型矽石 粒子占該第一種組合物中乾顏料粒子之5〇至1 〇〇重量0/〇。 5·如請求項1或2之方法，其中該第一種水性組合物係以至 少1 g/m2之乾組合物重量施加於該基材上。 6·如請求項1或2之方法，其中該第二種水性組合物中之該 等以陽離子膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子具有約3〇至 約600 m2/g之bet表面積。 7. 如請求項1或2之方法，其中該第二種水性組合物中之該 等以陽離子膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子係源自以膠 態石夕石或矽酸鹽為底質之粒子之溶膠。 8. 如請求項丨或2之方法，其中該等陽離子以膠態矽石或矽 酸鹽為底質之粒子包括以膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒 148609.doc 201105837 子及選自由以下組成之群之陽離子組分：水溶性铭鹽、 陽離子聚合物及其混合物。 如。月求項1或2之方法，其中§玄第二種水性組合物中之該 等以膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子具有約5至約125 nm之平均直徑。 10.如請求項1或2之方法，其中該聚伸烷二醇具有1〇〇〇〇至 500,000 E)之重量平均分子量。 如請求項丨或2之方法，其中該聚伸烷二醇包括聚乙二 醇。 12·如請求項之方法，其中該聚伸烧二醇係以基於1〇〇 份該等以膠態矽石或矽酸鹽為底質之粒子計之至少2 PPh(按重量計）濃度存於該第二種組合物中。 13. 如請求項!或2之方法，其中該第二種水性組合物係以至 少1 g/m2之乾組合物重量施加於該第一層塗層上。 14. -種經塗佈之基材，其包括具㈣由第—層塗層及於該 第一層塗層之上之第二層塗層塗佈之至少一個面之基 材，其中： X第層塗層包括包含具有超過m2/g之BET表面積 之陰離子多孔顏料粒子及黏結劑之第—種水性組合物， 其：該第一種水性組合物係已至少部分經乾燥且 該第二層塗層包括包含以陽離子膠態石夕石或石夕酸鹽為 底質之粒子及聚伸院二醇之第二種水性組合物，其中該 第二種水性組合物係已至少部分經乾燥。 種零組件套組，其包括包含具有超過扣爪2/§之BET表 I48609.doc 201105837 面積之陰離子多孔顏料粒子及黏結劑之第一種水性組合 物及包含以陽離子矽石或矽酸鹽為底質之粒子及聚伸烷 二醇之第二種水性組合物。 148609.doc 201105837 四、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無） (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 148609.doc
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