非织造印刷介质 【发明背景】
1.发明领域
本发明涉及适于通过激光印刷、热转印、喷墨印刷、或其他常规印刷方法进行印刷的非织造印刷介质。
2.背景技术
聚合物非织造薄片材料用作印刷介质是已知的。例如，美国专利申请公开2004/0248492 A1公开了通过将两个或更多个非织造层层压在一起而制成的非织造印刷介质，以提供足够均匀的厚度和基重以及充分的结构性能，以便适用于各种商业印刷操作，例如喷墨印刷和激光印刷，以及像苯胺印刷、平版印刷、凸版印刷、凹版印刷和偏移印刷这样的更为传统的印刷技术。
商业印刷操作中需要适合的印刷介质，这种介质不需要多层非织造层以及相关的昂贵层压步骤，并且还能够提供高质量的印刷工艺、足够均匀的厚度和基重以及充分的结构性能，以便适用于各种商业印刷操作。
发明概述
在一个实施方案中，本发明涉及具有单个纺粘非织造纤维网和任选的可印刷涂层的非织造印刷介质，所述纺粘非织造纤维网由基本上连续的聚合物皮-芯型纺粘纤维形成，其中印刷介质具有介于约75g/m2和约152g/m2之间的基重，在纵向和横向上具有至少约35lb的拉伸强度并且在纵向和横向上具有至少约0.3lb的撕裂强度。
在另一个实施方案中，本发明涉及具有两个纺粘非织造层和夹在两个纺粘非织造层之间的薄膜层、或纸材层、或熔喷非织造材料层的多层印刷介质，所述纺粘非织造层由基本上连续的聚合物皮-芯型纺粘纤维形成。
发明详述
术语“纺粘非织造材料”、“纺粘层”、“纺粘非织造物”和“纺粘非织造纤维网”在本文中可互换使用，是指由熔纺连续长丝形成的非织造片材，也称之为“纺粘纤维”或“纺粘长丝”。如本文所用，术语“纺粘”长丝是指通过以下方式形成的长丝：将熔融的热塑性聚合物材料从喷丝头的多个细小毛细管挤出成长丝，然后通过抽拉使挤出的长丝的直径迅速减小。纺粘长丝一般是连续的，并且通常具有大于约5微米的平均直径。纺粘非织造物通过将纺粘长丝无规地放置在例如多孔筛网或束带等收集面上而形成。纺粘纤维网可通过本领域已知的方法例如热压延、通风粘结或通过使纤维网在高压下穿过饱和蒸汽室进行粘结。
术语“非织造材料”、“非织造纤维网”和“非织造层”是指包含多根无规分布的纤维的纤维网。纤维通常可以彼此粘结，或者可以不粘结。纤维可以包含单一组分或多种组分。
如本文所用，术语“多组分长丝”和“多组分纤维”是指由至少两种不同的聚合物构成的任何长丝或纤维，所述聚合物纺粘在一起形成单一长丝或纤维。多组分纤维或长丝是由两种不同的聚合物制成的双组分纤维或长丝，这两种不同的聚合物排列在整个多组分纤维的横截面上的不同区域中并且沿着纤维的长度延伸。多组分纤维有别于从聚合材料的均匀熔融共混物中挤出的纤维。可用于本发明的多组分纤维优选的是皮芯纤维。本发明中可用的多组分连续长丝纺粘纤维网可使用本领域已知的纺粘法来制备。纺粘长丝一般为圆形，但也可以制成多种其他形状(例如，椭圆形、三叶形或多叶形、扁平、中空等)和构型(例如，对称皮-芯型、偏心皮-芯型等)。
“压延”是将纤维网穿过两个辊之间的辊隙的过程。辊可以彼此接触，或者可以在辊表面之间有固定的或可变的间隙。形成辊隙的辊可以是“柔软”的，即具有在所施加的压力下可以变形的表面，或者可以是“坚硬”的，即具有压延过程中在所施加的压力下不会变形的表面。形成辊隙的辊可以是未经图案化的，即不包括点或图案使得纤维网通过辊隙时在其上面有意形成图案。“点粘结”是指使纤维网通过两个具有图案的辊之间的辊隙，从而在离散点处使纤维网粘结的方法。作为另外一种选择，辊可以是未经图案化的，即具有光滑的表面。“区域粘结”是指使纤维网通过两个光滑辊之间的辊隙的方法。
术语“印刷介质”和“印刷基质”可互换使用，是指可以由常规印刷机处理以便在其上形成印刷图像地柔性片材料。本发明的印刷介质是由多组分连续热塑性聚合物长丝形成的多组分纺粘非织造片材。纺粘非织造层可以主要地或完全地由通过熔体纺丝法制备的多组分纺粘纤维形成，例如美国专利6,831,025和7,008,888中所示。已发现此类双组分纺粘纤维特别适用于本发明的印刷介质，因为该双组分纤维能够将提供高拉伸强度和撕裂强度的芯组分与提供可粘结性并形成光滑、耐磨表面的皮组分结合起来。
可用作芯组分的适合聚合物包括聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯。可用作皮组分的适合聚合物包括具有低于芯组分至少约10℃的熔融或软化温度的聚合物，包括共聚酯。在粘结过程中，具有较低熔融温度的皮组分会软化并流动以粘结纺粘层，之后软化的皮组分可能不必作为连续的粘合用长丝而可辨认。皮组分与芯组分的重量比率介于约10∶90和90∶10之间。纺粘非织造层的聚合物使得印刷介质具有耐高温性能，因此适于高温印刷应用。皮和/或芯的聚合物可以包含常规添加剂，例如染料、颜料、抗氧化剂、稳定剂、增白剂、去光剂、光学增白剂等。
纺粘纤维网的基重可以介于约75g/m2和约152g/m2之间。纺粘纤维网的厚度可以介于约5和约10密尔之间。
为了使本发明的印刷介质具有光滑或有纹理的印刷表面，可以根据需要分别通过区域粘结或点粘结对纺粘非织造层进行热压延。将纺粘非织造层送入两个辊之间的压延机辊隙，这两个辊中的至少一个辊保持在某个温度下，该温度介于聚合物从玻璃态朝橡胶态过渡的温度和聚合物开始熔融的温度之间，使得纺粘非织造层的纤维在通过压延机辊隙时处于塑态。辊的组成和硬度可以变化，以生成织物所需的最终使用特性。纺粘非织造层在两个辊之间的辊隙中的停留时间由纤维网的线速度控制。对本领域的技术人员来说显而易见的是，粘结条件(例如线速度、温度和压力)可以变化。
印刷介质的特征是在纵向(MD)和横向(CD)上均具有至少35磅的拉伸强度。此外，由于优异的耐磨性以及户外耐久性和撕裂强度的优良组合，使得印刷介质在应用中具有优异的表面稳定性。该介质在纵向和横向上对撕裂扩展具有同等优异的抵抗力。
影响基质适用性的另一重要特性是其油墨传送性能。所希望的是油墨或调色剂可稍微渗入介质，但不能渗透得太多，以至于油墨或调色剂进入纤维网内部而产生暗色。
在制备印刷介质的适合方法中，使纺粘非织造纤维网通过第一压延机辊隙，在该辊隙中，具有较低熔融温度的皮组分被加热到开始软化和熔融，从而把长丝粘附在一起。联动的压延机辊优选地提供固定的辊隙，以确保非织造纤维网不会脱离比目标间隙厚度更窄的辊隙。不同聚合物的粘结条件(包括辊隙的温度和压力)在本领域中是已知的。对于由具有共聚酯皮和聚对苯二甲酸乙二醇酯芯的皮/芯型长丝所形成的非织造纺粘纤维网，优选地将辊隙加热至介于约115℃和200℃之间的温度，优选的是约150℃至170℃。辊隙通常在约200至约1000磅每线性英寸(PLI)的压力下运行。
印刷介质可以在未涂布并经过压延的状态下使用，或者可以向它的一个或两个表面上提供具有可印刷的涂层。该涂层可以在压延之前或压延之后或在压延前后进行施加。合适的涂层包括通常用于制备涂覆的纸材的各种涂层组合物。此类涂层组合物通常具有水性或其他溶剂型基料，并可以包含颜料和填料，例如二氧化硅、碳酸钙、高岭土、锻烧高岭土、粘土、氧化钛、硅酸铝、硅酸镁、碳酸镁、氧化镁、氧化锌、氧化锡、氢氧化锌、氧化铝、氢氧化铝、滑石、硫酸钡和硅酸钙、薄水铝石、拟薄水铝石、硅藻土、苯乙烯塑性颜料、尿素树脂塑性颜料和苯胍胺塑性颜料。示例性的基料包括聚乙烯醇、苯乙烯-丁二烯聚合物、丙烯酸类聚合物、苯乙烯-丙烯酸类聚合物、以及乙酸乙烯酯和乙烯-乙酸乙烯酯聚合物。可商购获得的此类基料的实例包括由Rohm and Haas Company生产的丙烯酸类聚合物，例如RHOPLEX B-15和RHOPLEX P-376，以及乙酸乙烯酯/丙烯酸类聚合物，例如Polyco 2152和Polyco 3250，以及由Dow Chemical Company生产的苯乙烯/丁二烯聚合物，例如CP 620。涂层组合物可以附加包含添加剂，例如阻燃剂、光学增白剂、防水剂、抗菌剂、紫外线稳定剂和吸收剂等。涂层组合物可以是旨在用于印刷操作的特殊印刷技术而专门制备的。因此，例如用于喷墨印刷的印刷介质可以具有涂层，所述涂层与喷墨过程中所用的溶剂型或水性染料或颜料相容，而激光印刷的介质具有与激光印刷中所用的调色剂相容的涂层。适合的此类涂层组合物可从多家供应商商购获得，而适用于特定最终印刷应用的涂层制剂也很容易获得。
根据本发明，涂覆的印刷介质可具有介于约80g/m2和约240g/m2之间的重量(包括纺粘非织造纤维网的重量和涂层的重量)。涂覆的印刷介质可具有介于约4.5微米和约10微米之间的光滑度。
根据本发明的另一个实施方案，印刷介质可以由这样的层压体制成，该层压体包括两个如上所述的多组分纺粘非织造层，并且还包括夹在两个非织造层之间的纸材层、薄膜层或熔喷非织造层，或者印刷介质也可以由这样的层压体制成，该层压体包括一个如上所述的多组分纺粘非织造层和薄膜层。
实施例
在上述说明和以下实施例中，采用以下测试方法来确定各种描述的特征和性能。ASTM是指美国材料与试验协会。TAPPI是指纸浆与造纸工业技术协会。
基重是对织物或片材每单位面积质量的量度并且以g/m2为单位记录，根据ASTM D-3776进行测定，该标准以引用方式并入本文。
拉伸强度(纵向和横向)根据ASTM D5035进行测定。测量结果以lb为单位。
撕裂强度(纵向和横向)根据ASTM D5734进行测定。测量结果以lb为单位。
厚度根据TAPPI T411进行测定。
光滑度根据TAPPI T555进行测定。
不透明度根据TAPPI T425进行测定。
实施例1
每个实施例的印刷介质均由皮-芯型纺粘纤维制成，所述皮-芯型纺粘纤维通过双组分纺粘工艺制备，其中使用具有约218℃熔点的共聚酯(coPET)作为皮组分，使用具有约260℃熔点，特性粘度为0.64的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为芯组分。在使用前，使聚对苯二甲酸乙二醇酯和共聚酯树脂结晶并干燥。在两个不同的挤出机中将聚对苯二甲酸乙二醇酯和共聚酯聚合物加热并挤出，然后过滤并定量分配到双组分纺织段中，以便提供皮-芯型长丝横截面。根据每个组分的重量，将聚合物定量分配以提供具有所需皮/芯比率的纤维。纺粘纤维中聚酯组分与共聚酯组分的比率为70∶30。长丝在骤冷区域中通过来自两个位置相对的骤冷槽的骤冷气体进行冷却。接着使长丝进入气动式推杆喷射装置，在该装置中将长丝拉伸，然后在真空吸引的辅助下将其放置到平置的束带上。之后将纺粘层进行热点粘结。
通过受控的热油，将所用的两个辊的粘结辊加热至140℃(285)。粘结压力设置为200磅每线性英寸(PLI)。接着将纺粘纤维网进行区域粘结。通过受控的热油，将所用的两个辊的粘结辊加热至157℃(315)。粘结压力设置为约800PLI。这两个热金属辊与第三未加热的棉质辊形成辊隙。纺粘纤维网以S形缠绕在这两个金属辊上，金属辊与棉质辊形成第一个辊隙，两个金属辊形成第二个辊隙。
然后将包含基料、颜料和填料的激光可印刷涂层施加到纺粘层的两个面上。采用气刀涂覆法来施加该涂层，使涂层重量为13.6g/m2。将涂覆的纺粘层缠绕到辊上，然后使其穿过第二通道中的机器，以便涂覆该纺粘层的另一面。
实施例2
按照实施例1的方法形成纺粘层，以制备未涂布的印刷介质。
通过受控的热油将所用的两个辊的粘结辊加热至135℃(275)。粘结压力设置为170磅每线性英寸(PLI)。接着将纺粘纤维网进行区域粘结。通过受控的热油将所用的第一个辊的粘结辊加热至160℃(320)，将第二受热辊加热至179℃(355)。粘结压力设置为约800PLI。这两个热金属辊与第三未加热的棉质辊形成辊隙。纺粘纤维网以S形缠绕在第二个金属辊和棉质辊上，两个金属辊形成第一个辊隙，金属辊与棉质辊形成第二个辊隙。
然后将包含基料、颜料和填料的可印刷涂层施加到纺粘层的两个面上。采用Meyer杆涂覆法在单次通过机器的两个独立步骤中施加该涂层，使涂层总重量为48g/m2。将涂覆的纺粘层缠绕到辊上，然后使其穿过第二通道中的机器，以便涂覆该织物的另一面，使涂层总重量为74g/m2。
实施例3
按照实施例1的方法形成纺粘层，以制备未涂布的印刷介质。
通过受控的热油将所用的两个辊的粘结辊加热至166℃(330)。粘结压力设置为500磅每线性英寸(PLI)。
实施例4
按照实施例1-2的方法由皮-芯型纺粘纤维来制备纺粘层。
通过受控的热油将所用的两个辊的粘结辊加热至149℃(300)。粘结压力设置为200PLI。
然后，将纺粘纤维网与纸材层和第二纺粘纤维网进行区域粘结，从而形成纸材层在两个纺粘纤维网层之间的夹心结构。通过受控的热油，将所用的两个金属辊的粘结辊加热至127℃(260)。粘结压力设置为约800PLI。这两个热金属辊并非相互形成辊隙，而是与第三和第四未加热的复合材料辊形成辊隙。纺粘纤维网以S形缠绕在两个金属辊上。金属辊与复合材料辊形成第一个辊隙，并且金属辊与复合材料辊形成第二个辊隙。
实施例5
按照实施例1-2的方法由皮-芯型纺粘纤维来制备纺粘层，不同的是在挤出之前，将包含二氧化钛、经过结晶并干燥的聚对苯二甲酸乙二醇酯以一定的速度定量分配，从而使芯中的二氧化钛固体为1重量％。
通过受控的热油将所用的两个辊的粘结辊加热至140℃(285)。粘结压力设置为200PLI。
然后，将纺粘纤维网与双轴取向的聚酯薄膜层(得自DuPontTeijin Films，Hopewell，Virginia)和第二纺粘纤维网进行区域粘结，从而形成薄膜层在两个纺粘纤维网之间的夹心结构。通过受控的热油将所用的两个金属辊的粘结辊加热至180℃(356)。粘结压力设置为约800PLI。这两个热金属辊与第三和第四未加热的复合材料辊形成辊隙。纺粘纤维网以S形缠绕在两个金属辊上，金属辊与复合材料辊形成第一个辊隙，并且金属辊与复合材料辊形成第二个辊隙。
实施例6
按照实施例1-2的方法由皮-芯型纺粘纤维来制备纺粘层。
通过受控的热油将所用的两个辊的粘结辊加热至149℃(300)。粘结压力设置为200PLI。
然后，将纺粘纤维网与熔喷纤维网层和第二纺粘纤维网进行区域粘结，从而形成熔喷纤维网层在两个纺粘纤维网之间的夹心结构，其中所述熔喷纤维网包含80重量％的聚对苯二甲酸乙二醇酯(含有3重量％的二氧化钛)和20重量％的共聚酯并列型双组分纤维。通过受控的热油将所用的粘结辊加热至181℃(358)。粘结压力设置为约600PLI。热金属辊与未加热的复合材料辊形成辊隙。纺粘纤维网在金属辊与复合材料辊之间直线通行。将该夹心结构缠绕到辊上，然后使其穿过第二通道中的压延机，从而粘结该结构的另一面。
对上述实施例的印刷介质的不透明度、厚度、表面光滑度、拉伸强度和撕裂强度进行测试，结果列于表1中。
表1
实施例 最终 基重 不透明度 厚度 光滑度 (A面/B面) 拉伸强度 (纵向/横向) 撕裂强度 (纵向/横向) 1 144g/m2 83％ 6.2密尔 7.5/9.4 未测 0.6/0.8lb 2 192g/m2 94％ 6.1密尔 未测 64/48lb 0.6/0.8lb 3 121g/m2 66％ 7.6密尔 未测 47/43lb 0.8/1.0lb 4 168g/m2 87％ 9密尔 未测 未测 0.8/1.0lb 5 117g/m2 87％ 6.4密尔 未测 未测 0.2/0.3lb 6 125g/m2 57％ 6.4密尔 未测 未测 0.3/0.4lb