專利名稱：表面處理組合物的制作方法
表面處理組合物本發(fā)明涉及意圖用于紙、板或其它纖維幅面的涂布或上漿的表面處理組合物。
背景技術(shù)：
紙、板或其它基于纖維的幅面常常表面上漿、上顏料或礦物涂布以改善紙的特性，這影響可印刷性如表面多孔度、吸收率、潤(rùn)濕性，或紙的表面能(油墨粘附性)。目前，未涂布紙的印刷性常常通過向表面上漿或顏料配方添加添加劑來進(jìn)行優(yōu)化。涂布紙的印刷性常常通過優(yōu)化顏料特性、使用的粘結(jié)劑的量和類型或通過向涂布組合物添加添加劑來進(jìn)行優(yōu)化。添加添加劑的一個(gè)問題是添加劑不總是與涂料組合物、顏料組合物或上漿組合物中的其它組分相容。新的印刷技術(shù)如噴墨印刷對(duì)印刷紙?zhí)岢龈咭螅驗(yàn)橛湍仨氃诨纳峡焖俑稍?，并提供高的印刷品質(zhì)。期望的品質(zhì)包括高的光學(xué)印刷密度、最小化的羽狀物(feathering)和滲色(feathering)以及低透印(strike-through)。近年來，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng) 多價(jià)鹽如氯化鈣添加到表面上漿劑時(shí)，施用的油墨會(huì)在紙表面上快速沉積，顯著提高印刷品質(zhì)。這在噴墨印刷中是尤其有利的。US6207258披露了可用于表面處理噴墨印刷用片材基材的組合物,該組合物包含二價(jià)金屬的鹽。多價(jià)陽(yáng)離子如鈣離子有時(shí)以潤(rùn)滑劑如硬脂酸鈣的形式添加到上漿或涂布組合物中。但是，例如硬脂酸鈣中的鈣濃度不足夠高到提高印刷品質(zhì)到期望的效果。因而，鈣量需要高于在這些產(chǎn)品中常規(guī)使用的量，以改善印刷品質(zhì)。向涂布和/或上漿組合物中添加多價(jià)鹽的一個(gè)問題是獲得期望效果所需的高濃度鹽常常有時(shí)產(chǎn)生流變性問題和不期望的沉積。當(dāng)高的量如0. 5-5份鹽添加到陰離子性帶電(anionically charged)的上衆(zhòng)組合物、顏料組合物或涂布組合物中時(shí),這尤其是一個(gè)問題。多價(jià)陽(yáng)離子強(qiáng)烈地與通常陰離子性帶電的聚合物或礦物或者用于造紙的添加劑相互作用。陰離子性帶電的粒子的穩(wěn)定性可以通過例如提供位阻或電空間位阻(electoosteric)穩(wěn)定性來改善。但是，高用量的電解質(zhì)可能導(dǎo)致膠體絮凝和沉積。印刷性可以進(jìn)一步通過降低上漿或涂布層組合物的pH值來改善，例如向該涂布或上漿組合物中添加酸。但是，不是所有的上漿或涂布試劑適合于低pH。碳酸鈣顏料能夠例如不僅在低pH使用，因?yàn)樘妓徕}溶解，當(dāng)在酸性環(huán)境中從碳酸鈣中釋放二氧化碳時(shí)產(chǎn)生泡沫PH的降低也可能對(duì)流變性以及造紙機(jī)的運(yùn)行能力具有負(fù)面影響。本發(fā)明的目的是找到對(duì)于向上漿組合物或涂布組合物中添加添加劑如多價(jià)金屬鹽而不擾亂組合物的流變性的問題的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
以上目的和其它優(yōu)點(diǎn)通過本發(fā)明的表面處理組合物和方法來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明涉及用于紙、板或其它纖維幅面的表面處理組合物。本發(fā)明的組合物包含顆粒，所述顆粒包含活性材料和支持材料。所述活性材料包括多價(jià)金屬的鹽如二價(jià)或三價(jià)金屬的鹽。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)經(jīng)受熱和/或壓力和/或PH變化時(shí)，所述支持材料適合于使所述活性材料從所述顆粒中釋放出來。以這種方式，至少直到組合物施用至纖維幅面的表面上，并在造紙過程的以后階段中活化或受刺激時(shí)，所述活性材料可以“捕集”在顆粒中。結(jié)果，避免了活性材料對(duì)于組合物流變性的負(fù)面作用，同時(shí)保留或提高其對(duì)于表面特性的期望效果。本發(fā)明可以向上漿組合物或涂布組合物中劑量添加(dosing)較高濃度的多價(jià)金屬而不影響膠體穩(wěn)定性以及因而不會(huì)不利地影響組合物的流變性。以這種方式，可以改善上漿或涂布紙或板地印刷性。此外，使用本發(fā)明的顆粒也降低組合物中多價(jià)鹽的游離陰離子如氯離子的濃度，由此降低腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。在本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，多價(jià)金屬鹽是氯化鈣。本申請(qǐng)使用的術(shù)語(yǔ)〃表面處理組合物〃涉及涂布或表面上漿組合物等。該活性材料可以擇一地或者另外地包括至少一種酸如檸檬酸、過乙酸、鹽酸或磷酸。以這種方式，可以使用通常不適應(yīng)于低PH的組分如碳酸鈣，同時(shí)仍然可以獲得低pH對(duì)于印刷品質(zhì)的益處。在一種實(shí)施方式中，活性材料包括單價(jià)或多價(jià)鹽以及酸。以這種方式，可以進(jìn)一步改善印刷品質(zhì)，這是因?yàn)閜H降低和所述鹽對(duì)于印刷品質(zhì)具有雙重作用。所述顆粒的支持材料可以選自蠟如聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、巴西棕櫚蠟、微晶蠟(micro wax),甘油三酸酯，PEG,金屬阜和例如苯乙烯/丙烯酸酯的共聚物或苯乙烯/ 丁二烯的共聚物以及任何這些物質(zhì)的組合。優(yōu)選地，所述顆粒的支持材料是惰性的和耐水的，或者具有預(yù)定的溶解速率。所述支持材料可以對(duì)熱敏感，熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可以為60-180°C，優(yōu)選為70-110°C。當(dāng)具有在這些區(qū)間內(nèi)的熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，所述支持材料可以在通過用本發(fā)明的組合物表面處理幅面形成的纖維幅面的干燥或壓延時(shí)熔融，由此，活性材料可以在干燥或壓延區(qū)域從所述顆粒中釋放出來，浮現(xiàn)至所述幅面的表面。支持材料可以擇一地或者另外地對(duì)pH變化敏感。當(dāng)經(jīng)受低pH如在pH低于7或者優(yōu)選為5-7時(shí)，該支持材料可以例如溶解。對(duì)pH敏感的支持材料可以例如選自丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物、纖維素乙酸酯琥珀酸酯、羥基丙基甲基纖維素鄰苯二甲酸酯(hydroxyl propyl methyl cellulose phthalate)、輕基丙基甲基纖維素乙酸酯玻拍酸酯、聚乙烯基乙酸酯鄰苯二甲酸酯(PVAP)、甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物、海藻酸鈉(sodium alignate)或硬脂酸,或者以上物質(zhì)的混合物。硬脂酸是對(duì)低pH和高溫均敏感的支持材料的實(shí)例。所述顆?？梢园ò龌钚圆牧系暮耍摵税z在包含所述支持材料的殼中。通過產(chǎn)生核-殼結(jié)構(gòu)，可以獲得更多限定的顆粒形態(tài)和混懸液中較好的穩(wěn)定性。所述殼可以由支持材料制成，例如由苯乙烯/丙烯酸酯的共聚物制成，當(dāng)經(jīng)受熱和/或壓力和/或pH變化時(shí)該支持材料熔融、溶解或破壞，由此核內(nèi)的材料可以從顆粒中釋放出來。所述核可以包括粘結(jié)形式或分開形式的活性材料。所述活性材料可以是例如粒狀結(jié)晶鹽。或者，所述核可以是活性材料和粘結(jié)材料的復(fù)合材料。粘結(jié)材料可以選自蠟如聚乙烯蠟、聚丙烯蠟，甘油三酸酯和金屬皂。粘結(jié)材料的熔點(diǎn)可以為60-180°C，優(yōu)選為70-110°C。粘結(jié)材料的熔點(diǎn)可以與支持材料的熔點(diǎn)類似或相同。該核可以進(jìn)一步包含表面活性劑和/或螯合劑。支持材料可以進(jìn)一步包含酸如檸檬酸、過乙酸、鹽酸或磷酸的細(xì)微分散的分開粒、子。在一種實(shí)施方式中，所述粒子具有核/殼構(gòu)造，該核包括單價(jià)或多價(jià)鹽作為活性材料，殼包括酸的細(xì)微分散的分開粒子。以這種方式，酸和鹽均可以添加至通常與低PH和/或金屬鹽不相容的涂布/上漿組合物。在組合物施用至纖維幅面，當(dāng)支持材料熔融、溶解或破壞時(shí)，酸被釋放，使得pH降低，由此改善印刷性。同時(shí)，鹽被釋放，由此進(jìn)一步改善印刷性。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述顆粒是支持材料和活性材料的復(fù)合材料。該復(fù)合顆粒(composite particle)可以例如由多價(jià)金屬鹽作為活性材料和硬脂酸I丐作為支持材料形成。該顆粒可以包括活性材料如多價(jià)金屬鹽，其量為至少30wt%，優(yōu)選40_70w%，最優(yōu)選70-80 %。以這種方式，該組合物可以包含高濃度的活性材料。因此，該顆?？梢蕴砑又晾缤坎冀M合物，而不會(huì)導(dǎo)致膠體不穩(wěn)定。在組合物已經(jīng)施用至纖維幅面的表面上之后，該支持材料可以適合于在造紙機(jī)上在后繼步驟中使活性材料從顆粒中釋放出來。支持材料可以適合于例如在后繼的幅面干燥或壓延中使活性材料釋放出來?；蛘?，該支持材料可以適合于在印刷壓制中在本發(fā)明形成 的紙或板的印刷時(shí)使活性材料釋放出來。該顆粒可以進(jìn)一步包含至少一種穩(wěn)定劑如表面活性劑或親水性膠體。應(yīng)該選擇穩(wěn)定劑使得穩(wěn)定劑與組合物中的其它涂布或上漿組分相容。如果例如組合物包含陰離子組分，穩(wěn)定劑應(yīng)該優(yōu)選是中性的、兩性的或陰離子的。本發(fā)明尤其有利的是，添加多價(jià)金屬鹽至陰離子性帶電的表面處理組合物，因?yàn)樵摻M合物尤其對(duì)多價(jià)離子敏感，即使對(duì)小濃度的多價(jià)離子也敏感。本發(fā)明的表面處理組合物可以進(jìn)一步包含通常用于涂布或上漿組合物中的其它組分。該組合物可以例如進(jìn)一步包含淀粉、羧甲基纖維素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、通常使用的上漿劑如烷基烯酮二聚體(AKD)或丙烯酸類共聚物。該組合物可以進(jìn)一步包含酸共聚物如丙烯酸甲酯。所述顆粒的平均球形直徑可以為100-0. Olii m，優(yōu)選為50-0. I y m，最優(yōu)選為10-0. 5iim，或者為l-5iim或0. 5-1. 5 Um0具有這些區(qū)間之內(nèi)的球形直徑的顆粒具有與顏料粒子約相同的大小，因此在例如膜壓制或刀片涂布中不會(huì)產(chǎn)生任何流變性問題或涂布缺陷。本發(fā)明進(jìn)一步涉及制造表面處理和印刷的紙或板(如噴墨或柔版印刷(flexographic printed)的紙或板)，或其它纖維幅面的方法。所述方法包括以下步驟由紙漿形成纖維幅面；使用至少一層本發(fā)明的表面處理組合物涂布或表面上漿所述纖維幅面。本發(fā)明的纖維幅面表面上漿可以在干燥區(qū)域例如在上漿壓機(jī)(size press)中進(jìn)行，或者在造紙機(jī)的濕端部進(jìn)行。該方法還包括處理纖維幅面的后繼步驟，使得使所述活性材料從在纖維幅面表面上的所述顆粒中釋放出來。這可以在后繼步驟中在造紙機(jī)上實(shí)現(xiàn)，例如在表面處理的幅面的干燥或壓延時(shí)實(shí)現(xiàn)，或者通過改變pH來實(shí)現(xiàn)例如通過施加熱量使包含在組合物中的酸活化。該方法進(jìn)一步包括通過使用噴墨和/或柔版印刷技術(shù)來印刷所得到的涂布或表面上漿的紙或板。本發(fā)明還涉及包含上述表面處理組合物的紙或板產(chǎn)品，以及包含這些產(chǎn)品的印刷的紙或板，優(yōu)選地通過噴墨和/或柔版印刷技術(shù)進(jìn)行印刷。包含這些紙或板產(chǎn)品的印刷紙或板可以優(yōu)選使用水性著色的油墨采用噴墨技術(shù)進(jìn)行印刷。但是，本發(fā)明不僅限于噴墨，而可以進(jìn)一步用于改善例如柔版印刷的印刷品質(zhì)，其中使用水性染色或著色的油墨。本發(fā)明還適用于混合的印刷產(chǎn)品，其中一種印刷方法基于著色的水性噴墨油墨。此外，本發(fā)明還適用于使用混合油墨進(jìn)行印刷，在這里涉及同時(shí)含有染料和著色粒子的油墨。發(fā)明詳沭本發(fā)明的表面處理組合物包括顆粒，所述顆粒包含高濃度的活性材料，在組合物已經(jīng)施用至幅面表面之后，該活性材料以受控的方式從顆粒中釋放出來。在組合物中使用這種顆粒減少了與現(xiàn)有技術(shù)組合物有關(guān)的流變性和粘度問題，所述現(xiàn)有技術(shù)組合物包含與本發(fā)明組合物一樣高濃度的活性材料。結(jié)果，可以使用較高濃度的活性材料，而不會(huì)導(dǎo)致流變性或粘度問題。本申請(qǐng)中使用的表述“使…從顆粒中釋放出來”是指，活性材料從該活性材料保持在顆粒之中或者以其它方式成為顆粒的一部分的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚圆牧喜皇穷w粒形式的一部分而是與幅面表面接觸的狀態(tài)。因此，活性材料可以作為單獨(dú)的材料從顆粒中釋放出來， 或者活性材料可以以粘合形式(例如與支持材料或粘結(jié)材料粘合的形式或者以另一方式與支持材料或粘結(jié)材料附著的形式)從該顆粒中釋放出來。為了提高紙或板的噴墨印刷性，當(dāng)劑量添加多價(jià)離子的鹽至上漿組合物，尤其是添加到陰離子帶電的上漿劑組合物時(shí)，本發(fā)明是尤其有利的。所述鹽可以例如是氯化鈣、氯化鋁、氯化鎂、溴化鎂、溴化鈣、氯化鋇、硝酸鈣、硝酸鎂、硝酸鋇、乙酸鈣、乙酸鎂或乙酸鋇。所述陰離子型上漿組合物可以例如包含陰離子型松香皂上漿劑、陰離子型苯乙烯-馬來酸酐聚合物上漿劑或聚合氯化鋁。本發(fā)明的顆?？梢跃哂泻?殼構(gòu)造，其中所述活性材料作為核包膠在支持材料的殼之內(nèi)。該顆?？梢允褂萌缛橐壕酆戏椒▉碇圃??；蛘?，該顆粒可以具有復(fù)合物構(gòu)造，包含活性材料和支持材料的混合物。例如，不是作為核/殼結(jié)構(gòu)形成，該顆粒可以是硬脂酸鈣和氯化鈣的復(fù)合物。這種顆?？梢园拟}量為50wt%或更高。硬脂酸鈣/氯化鈣顆?？梢酝ㄟ^在間歇工藝中將硬脂酸鈣和氯化鈣混合來形成。此后，通過使用例如淀粉和表面活性劑來穩(wěn)定所形成的顆粒。所述顆粒也可以通過以下過程來形成例如干混硬脂酸鈣和氯化鈣，隨之將混合物研磨和最終分級(jí)。然后，可以在溶液中通過使用所述的穩(wěn)定體系來穩(wěn)定化該顆粒。該復(fù)合物材料也可以使用紡絲法(spinning method)如濕紡法、電紡絲或電噴霧來產(chǎn)生。在這種方法中，可水溶的蠟例如與氯化鈣共混，然后紡絲。溶液的溫度應(yīng)該優(yōu)選高于支持材料或粘結(jié)材料例如蠟的熔點(diǎn)，以確保與添加的組分的溶解性和混合性。可以將該材料直接紡絲或噴霧(顆粒)至基材上或者間接紡絲或噴霧至另一收集板上，或者紡絲或噴霧到溶液中。
權(quán)利要求
1.用于紙、板或其它纖維幅面的表面處理組合物，其中該組合物包含顆粒，所述顆粒包含活性材料和支持材料，所述活性材料包括多價(jià)金屬的鹽，其中當(dāng)經(jīng)受熱和/或PH變化時(shí)或當(dāng)經(jīng)受熱和壓力時(shí)，所述支持材料適合于使所述活性材料從所述顆粒中釋放出來。
2.權(quán)利要求I的組合物，其中所述活性材料包括鈣鹽如氯化鈣。
3.權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)的組合物，其中所述活性材料包括酸。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的組合物，其中所述支持材料選自蠟如聚乙烯蠟、聚丙烯蠟，甘油三酸酯，金屬皂和例如苯乙烯/丙烯酸酯的共聚物或苯乙烯/丁二烯的共聚物以及任何這些物質(zhì)的組合。
5.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的組合物，其中所述支持材料對(duì)熱敏感，熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為60-180°C，優(yōu)選為70-110°C。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的組合物，其中所述顆粒包括包含所述活性材料的核，該核包膠在包含所述支持材料的殼中。
7.權(quán)利要求6的組合物，其中所述核包括所述活性材料和粘結(jié)材料，所述殼由所述支持材料制成。
8.權(quán)利要求7的組合物，其中所述粘結(jié)材料選自蠟如聚乙烯蠟，甘油三酸酯，金屬皂和例如苯乙烯/丙烯酸酯的共聚物或苯乙烯/丁二烯的共聚物。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的組合物，其中所述顆粒包含的活性材料的量為至少50wt%，優(yōu)選至少75wt%,最優(yōu)選至少80wt%。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的組合物，其中在已經(jīng)用所述組合物表面處理過的紙、板或纖維幅面的壓延期間，所述支持材料適合于使所述活性材料釋放出來。
11.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的組合物，其中在已經(jīng)用所述組合物表面處理過的紙、板或纖維幅面的干燥期間，所述支持材料適合于使所述活性材料釋放出來。
12.權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的組合物，其所述顆粒進(jìn)一步包含至少一種穩(wěn)定劑如親水性膠體和/或表面活性劑。
13.權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的組合物，其中所述組合物是陰離子性帶電的、兩性離子性帶電的(amphoterically charged)或非離子性帶電的(nonionically charged)。
14.權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)的組合物，其中所述組合物進(jìn)一步包含至少一種上漿劑或涂層劑。
15.權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的組合物，其中所述顆粒的球形直徑為100-0.01 u m，優(yōu)選為 50-0. I u m,最優(yōu)選為 10-0. 5 Um0
16.制造表面處理和印刷的紙、板或其它纖維幅面的方法，其包括以下步驟 a)由紙漿形成纖維幅面； b)涂布或表面上漿所述纖維幅面至少一層，其中所述纖維幅面用表面處理組合物涂布或表面上漿，其中該組合物包含顆粒，所述顆粒包含活性材料和支持材料，所述活性材料包括多價(jià)金屬的鹽； c)通過施加熱和/或壓力和/或pH變化，使所述活性材料從在所述纖維幅面的表面上的所述顆粒中釋放出來；和 c)通過使用噴墨和/或柔版印刷技術(shù)印刷所得到的涂布或表面上漿的紙、板或纖維幅面。
17.權(quán)利要求16的方法，其中使活性材料從所述顆粒中釋放出來的步驟c)在所述纖維幅面的干燥時(shí)完成。
18.權(quán)利要求16的方法，其中使活性材料從所述顆粒中釋放出來的步驟c)在所述纖維幅面的壓延時(shí)完成。
19.包含權(quán)利要求1-15的表面處理組合物的紙或板產(chǎn)品。
20.噴墨或柔版印刷的紙或板，其包括用組合物表面處理的紙或板產(chǎn)品，該組合物包含顆粒，所述顆粒包含活性材料和支持材料，所述活性材料包括多價(jià)金屬的鹽，其中當(dāng)經(jīng)受熱和/或壓力和/或PH變化時(shí)，所述支持材料適合于使所述活性材料從所述顆粒中釋放出來。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于紙、板或其它纖維幅面的表面處理組合物。本發(fā)明的組合物包含顆粒，所述顆粒包含活性材料和支持材料。所述活性材料包括多價(jià)金屬如二價(jià)或三價(jià)金屬的鹽。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)經(jīng)受熱和/或壓力和/或pH變化時(shí)，所述支持材料適合于使所述活性材料從所述顆粒中釋放出來。結(jié)果，避免了活性材料對(duì)于組合物流變性的負(fù)面作用，同時(shí)保留或提高其對(duì)于表面特性的期望效果。
文檔編號(hào)D21H17/65GK102753757SQ201180008994
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者I.黑斯卡南, K.巴克福爾克, N.米基 申請(qǐng)人:斯托拉恩索公司