涂料组合物.pdf

公开了一种或多种喷墨涂料组合物和经涂布的基材。所述涂料组合物可包含经纳米碾磨的三水合铝颜料和粘合剂。还公开了制备所述涂料组合物和涂布了该组合物的介质基材的方法。

1.  一种经涂布的介质片材，它包含：
基材；
底涂层；以及
包含三水合铝纳米颜料和粘合剂的顶涂层。

2.  如权利要求1所述的经涂布的介质片材，其特征在于，所述基材包括以下的一种或多种：膜基基材、聚合物基材、纸质基材、经粘土涂布的基材、玻璃纸、纸板、纤维素纸、照相原纸基材、预涂布基材、经聚合物涂布的基材和/或可膨胀介质。

3.  如权利要求1所述的经涂布的介质片材，其特征在于，所述三水合铝纳米颜料包含小于180nm的纳米粒子。

4.  如权利要求43所述的经涂布的介质片材，其特征在于，顶涂层包含粘合剂，所述粘合剂包含以下的一种或多种：聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩醛、聚丙烯酸及其衍生物、淀粉、纤维素制品、羧基纤维素制品、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚乙烯醇(PVA)及其衍生物、苯乙烯-丁二烯胶乳、凝胶、藻酸盐、酪蛋白、聚乙二醇(PEG)、(乙烯吡咯烷酮-乙酸乙烯酯)共聚物、(乙酸乙烯酯-乙烯)共聚物和/或(乙烯醇-环氧乙烷)共聚物。

5.  如权利要求4所述的经涂布的介质片材，其特征在于，所述粘合剂包含PVA。

6.  一种喷墨涂料组合物，它包含：
三水合铝纳米颜料；以及
粘合剂。

7.  如权利要求6所的述组合物，其特征在于，所述粘合剂包含以下的一种或多种：聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩醛、聚丙烯酸及其衍生物、淀粉、纤维素制品、羧基纤维素制品、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚乙烯醇(PVA)及其衍生物、苯乙烯-丁二烯胶乳、凝胶、藻酸盐、酪蛋白、聚乙二醇(PEG)、(乙烯吡咯烷酮-乙酸乙烯酯)共聚物、(乙酸乙烯酯-乙烯)共聚物和/或(乙烯醇-环氧乙烷)共聚物。

8.  如权利要求7所述的组合物，其特征在于，所述粘合剂包含PVA，其含量为约1-3份/100份三水合铝纳米颜料。

9.  如权利要求8所述的组合物，其特征在于，所述三水合铝纳米颜料包含小于180nm的纳米粒子。

10.  如权利要求2所述的组合物，其特征在于，它包含交联剂，以组合物中100份颜料为基准，交联剂含量为约0.2-5份。

11.  如权利要求10所述的组合物，其特征在于，所述交联剂包括以下的一种或多种：硼酸、硼砂、硼酸盐、乙二醛、戊二醛、醛化合物、硫酸锆、乙酸锆和/或环氧化物。

12.  一种制备涂料组合物的方法，它包含：
碾磨三水合铝浆料，形成其纳米粒子；
将三水合铝纳米粒子浆料与粘合剂和水混合，形成水性涂料组合物。

13.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，三水合铝浆料包含约15-40重量％的三水合铝。

14.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，将三水合铝纳米粒子碾磨至粒径小于180nm。

15.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，它包括将涂料组合物施涂到基材的至少一个表面上，形成经涂布的基材。

涂料组合物
技术领域
背景技术
三水合铝(ATH)是化合物Al(OH)₃的通用名，它以三种相存在：水铝矿、诺三水铝石和拜耳石。水铝矿是具有六方外形的片状单斜晶体。诺三水铝石是三斜晶体，而拜耳石是片状单斜晶体。
虽然水合铝，特别是具有拜耳石结构的水合铝，已经用于提供亮光喷墨介质，但是成本足够低的许多级别的三水合铝粒子太大，不能用作喷墨应用的有效光泽增强层。因此，需要提供用于纸涂层的低成本、高效颜料替代品，它可进一步提供所需的黑色光密度(black optical density)和色域。
发明内容
出于解释的目的，在以下描述中给出了许多具体细节，以便透彻理解本文内容的一个或多个方面。但显而易见的是，本文内容的一个或多个方面可在这些具体细节不完全的情况下实施。
本文内容涉及喷墨涂料组合物和由此产生的经涂布的介质片材(mediasheet)。涂料组合物和经涂布的介质片材具有改进的黑色光密度和高光泽。所述经涂布的片材包括基片、底涂层和顶涂层。单面涂布和双面涂布的实施方式包括在本文内容的范围内。在此处以及说明书和权利要求书中的其他地方，范围和比例限值可组合。
术语“叠置”及同源词“叠加”等用于描述一个层相对于另一个层或第一层相对于第二层的关系时，是指第一层部分或完全叠置在第二层上。叠加在第二层上的第一层与第二层可接触，也可不接触。例如，在第一层与第二层之间可放置一个或多个其他的层。
在一个实施方式中，涂料组合物施涂在基材或介质基材上。“基材”或“介质片材”包括可根据本文内容的一个实施方式涂布的任何材料，包括但不限于膜基基材、聚合物基材、常规纸质基材、经粘土涂布的纸、玻璃纸、纸板、纤维素纸、照相原纸(photobase)基材等。此外，预涂布基材，如经聚合物涂布的基材或可膨胀介质，也可根据本发明的实施方式涂布。
底涂层
在一个实施方式中，“基底”涂层或“底涂层”叠置在基材上。底涂层可包含任何合适的涂料颜料的掺混物。在一个实施方式中，底涂层包含无机颜料与粘合剂的掺混物。所述无机颜料可包括氧化铝、氧化硅、氧化钛、煅烧粘土、高岭土和/或碳酸钙中的一种或多种。在一个实施方式中，所述无机颜料包含碳酸钙粒子。微粒碳酸钙以机械处理过的天然碳酸钙材料或化学合成的反应产物的形式提供。
碳酸钙粒子可以是磨细的天然碳酸钙。例如，大理石、石灰石、白垩和珊瑚都是碳酸钙的天然来源。或者，碳酸钙粒子可以是合成反应产物，以碳酸钙沉淀形式提供。与市售的磨细的碳酸钙相比，沉淀的碳酸钙产品具有更均匀的粒径分布和更高的化学纯度。
除了无机颜料外，底涂层还可包含粘合剂。在一个实施方式中，底涂层所含粘合剂包含以下的一种或多种：聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩醛、聚丙烯酸及其衍生物、淀粉、纤维素制品、羧基纤维素制品、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚乙烯醇(PVA)和其衍生物、苯乙烯-丁二烯胶乳、凝胶、藻酸盐、酪蛋白、聚乙二醇(PEG)、(乙烯吡咯烷酮-乙酸乙烯酯)共聚物、(乙酸乙烯酯-乙烯)共聚物、和/或(乙烯醇-环氧乙烷)共聚物。在一个实施方式中，所述粘合剂包含PVA。在一个实施方式中，所述粘合剂的含量以100份干无机颜料为基准为约5-50份。在另一个实施方式中，所述粘合剂的含量以100份干无机颜料为基准为约10-25份。
可利用任何涂布技术施涂底涂层，包括例如刮涂、气刀涂布、棒涂、凹槽辊涂布、流延涂布和/或其他技术。底涂层的厚度为约10克/平方米(g/m²)至约35g/m²，或者约15g/m²至约25g/m²。施涂之后，可用任何合适的装置干燥底涂层，如转鼓式干燥机、强通风干燥机、气体和/或电IR干燥机。
顶涂层
在一个实施方式中，施涂顶涂层叠加在底涂层上面。在一个实施方式中，顶涂层包含三水合铝纳米颜料和粘合剂。ATH纳米颜料包含微粒三水合铝，所述三水合铝经碾磨后形成ATH纳米粒子。在一个实施方式中，ATH纳米粒子的粒径小于180纳米(nm)。在另一个实施方式中，ATH纳米粒子小于160nm。
在一个实施方式中，ATH纳米粒子占碾磨浆料的约15重量％至约40重量％；在一个实施方式中，占碾磨浆料的约30重量％至约35％。
在一个实施方式中，用于顶涂层的粘合剂可包含与底涂层粘合剂相同的一种或多种粘合剂。在一个实施方式中，顶涂层粘合剂不同于底涂层粘合剂。在一个实施方式中，所述粘合剂包含PVA。PVA包含低分子量至中等分子量(M_w)、低水解百分数的PVA。在一个实施方式中，MW为约13000至约30000，水解百分数(％)为约86％至约99％。在一个实施方式中，以涂料中100份颜料为基准，所述粘接剂的含量为约1-30份。在一个实施方式中，以涂料中100份颜料为基准，所述粘接剂的含量为约5-20份。
在一个实施方式中，以涂料中100份颜料为基准，顶涂层包含约0.2-5份交联剂。在一个实施方式中，以涂料中100份颜料为基准，顶涂层包含约0.2-1份交联剂。交联剂包含一种或多种以下的交联剂：含硼交联剂，包括硼酸、硼砂或硼酸盐，非含硼交联剂，包括乙二醛、戊二醛、醛化合物、硫酸锆、乙酸锆和/或环氧化物。
在一个实施方式中，顶涂层包含阳离子材料。所述阳离子材料可包括例如以下的一种或多种：经氯化铝处理的阳离子化氧化硅、假勃姆石、阳离子化高岭石、经水合氯化铝处理的氧化硅、经氨基硅烷处理的氧化硅、经氨基硅烷处理的高岭石和其他阳离子化矿物颜料等。以涂料中100份颜料为基准，阳离子材料的含量可为约15-50份。
涂料可包含湿润剂、表面活性剂、固色剂、染料、荧光增白剂、UV吸收剂、涂料流变改性剂、表面活性剂、增稠剂、形变剂(deforming agent)、防腐剂、流延涂料脱模剂、填充剂、消泡剂、润滑剂、交联剂、分散剂、粘度改性剂、pH调节剂、消泡剂和/或其他任何合适的添加剂。
通过一种或多种对ATH粒子进行纳米碾磨的技术制备顶涂层，包括例如纳米碾磨、珠磨、水平珠磨、行星式球磨、喷射碾磨(微粉化)、亚微米湿珠磨和/或胶体碾磨。在碾磨机中装入蒸馏水和足够的酸，将pH降至约2。在一个实施方式中，将ATH粉末加入碾磨机，使总固体含量达到约30％至约40％ATH。在整个研磨过程中监控pH，通过加酸保持pH约为4。利用光散射技术间断地测量粒径，以确定粒子是否在目标粒径范围内。达到目标粒径时，停止研磨，将分散体从碾磨机中倒出。形成ATH纳米颜料之后，将ATH浆料与粘合剂和水混合，形成水性组合物，由此得到顶涂层组合物。在一个实施方式中，顶涂层组合物的总固体含量约为20重量％。
可利用任何合适的涂布设备将顶涂层施加到底涂层上。根据本文内容的实施方式，可使用各种涂布技术将制备的涂料溶液/分散体涂布到介质片材上。例如，可通过喷涂、浸涂、坡流涂布(cascade coating)、涡轮涂布(swirling coating)、挤出料斗涂布(extrusion hopper coating)、帘涂、气刀涂布、流延涂布、棒涂和/或利用其他合适的涂布技术涂布基材。每个涂层所选厚度取决于特定的要求或应用和/或所需性质，本领域的技术人员可根据情况确定。在一个实施方式中，顶涂层以约0.5g/m²至约15g/m²的涂布重量施涂。在一个实施方式中，顶涂层以约10g/m²的涂布重量施涂。顶涂层可施涂在基材的至少一个表面上。
将顶涂层施涂在基材上之后，可对该基材进行后续处理步骤。例如，可对基材进行砑光，进一步改善纸张的光泽度或光滑度及其他性质。例如，让经涂布的基材从砑光辊形成的辊隙通过，所述砑光辊的温度大致从室温至约200℃，压力为约689-20685kPa(千帕)(100至3000psi)，由此对基材进行砑光。
以下实施例展示了用于制备本发明的涂料组合物所用涂料的各种配方。以下实施例不应视为对本文内容的限制，而是仅仅用于说明如何在现有实验数据的基础上制备涂料和经涂布的基材。
实施例
实施例1
利用表1所示配方制备底涂层组合物：
表1