專利名稱：底漆及相關(guān)的紙板結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利申請(qǐng)涉及紙板用涂料，更尤其涉及底漆以及用所公開(kāi)的底漆形成的光滑紙 板結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
紙板用于各種包裝應(yīng)用。例如，無(wú)菌液體包裝紙板用于包裝飲料硬紙盒、箱等。因 此，消費(fèi)者常常優(yōu)選具有大體上光滑表面和較少缺陷的紙板，以有利于高質(zhì)量文本和圖形 的印刷，從而提高在紙板中包裝的產(chǎn)品的視覺(jué)吸引力。通常，紙板平滑度通過(guò)濕式雙輥壓光(stack calendering)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，在該方法 中，紙板被再潤(rùn)濕，并通過(guò)具有兩個(gè)或多個(gè)硬輥的壓光裝置。該濕式雙輥壓光方法通過(guò)壓縮 纖維網(wǎng)絡(luò)而減少原料紙板中的紋孔(pit)和裂隙，從而使紙板光滑(參見(jiàn)圖1)。結(jié)果獲得 了光滑的紙板，具有減小的板厚度和松厚度(bulk)，因此，挺度減低。然而，挺度對(duì)于許多紙 板應(yīng)用如無(wú)菌液體包裝紙板來(lái)說(shuō)是重要的要求。因此，使用普通濕式雙輥壓光方法制備光 滑而硬挺的紙板要求增加紙板的基重，從而明顯地增加了原材料成本。另外，制造廠家已經(jīng)嘗試了通過(guò)用包括各種顏料如粘土、碳酸鈣、TiO2等的底 漆涂布紙板的整個(gè)表面，然后用第二涂層和時(shí)常甚至第三涂層(一般稱為面涂層)罩涂 (overcoat)該底漆，從而使紙板表面變光滑。已發(fā)現(xiàn)，大量的施涂于紙板表面上的相對(duì)精 細(xì)的顏料顆粒提供了更光滑的表面，而不需要濕式雙輥壓光，從而保持了松厚度。例如，如 圖2所示，施涂于紙板的粗糙表面上的較大量(例如，10. 6磅/3000ft2或更高)的相對(duì)精 細(xì)的研磨碳酸鈣如CARBITAL 95(喬治亞州Roswell的Imerys Pigments, Inc.)提供 了最大的平滑度。的確，已經(jīng)了解到，施涂于紙板表面上的顏料越多，所得到的平滑度越好。 然而，較大量的顏料的使用顯著增加了光滑和高度可印刷的紙板的制備成本。因此，對(duì)于保持紙板松厚度且提供了用于高質(zhì)量印刷的所需平滑度，同時(shí)減低制 造成本的底漆和相關(guān)紙板結(jié)構(gòu)存在著需求。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，所公開(kāi)的底漆可以包括粗研磨碳酸鈣和具有至少約40 1的平均縱 橫比的超扁平狀粘土的顏料共混物。在另一個(gè)方面，紙板基材可涂有所公開(kāi)的底漆，以形成涂布紙板結(jié)構(gòu)。所公開(kāi)的底漆和相關(guān)紙板結(jié)構(gòu)的其它方面可以從以下說(shuō)明、附圖和所附權(quán)利要求 書(shū)中了解到。


圖1是示例性紙板基材的無(wú)涂層表面(即原料)的照片；圖2是涂有各種量(磅/3000ft2)的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的精細(xì)研磨碳酸鈣的紙板基材 的表面的照片對(duì)比；圖3是涂有各種量(磅/3000ft2)的所公開(kāi)的底漆的紙板基材的表面的照片對(duì) 比；圖4是用超粗研磨碳酸鈣配制的各種顏料共混物的沉降空隙體積百分率與粘土 組分百分率的關(guān)系的圖解說(shuō)明；圖5是用粗研磨碳酸鈣配制的各種顏料共混物的沉降空隙體積百分率與粘土組 分百分率的關(guān)系的圖解說(shuō)明；圖6是用精細(xì)研磨碳酸鈣配制的各種顏料共混物的沉降空隙體積百分率與粘土 組分百分率的關(guān)系的圖解說(shuō)明；圖7是派克印刷面(Parker Print Surface)平滑度與涂布重量的關(guān)系的第一圖 解對(duì)比；圖8是派克印刷面平滑度與涂布重量的關(guān)系的第二圖解對(duì)比；圖9是按照所公開(kāi)的方法涂有所公開(kāi)的底漆的紙板基材的側(cè)向截面圖；和圖10是在第二個(gè)更大放大倍數(shù)下顯示的圖9的紙板基材的側(cè)向截面圖。
具體實(shí)施例方式在一個(gè)方面，該公開(kāi)底漆可以包括高縱橫比粘土和碳酸鈣的顏料共混物。該顏料 共混物可分散在載體如水中，從而有利于將底漆施涂于適當(dāng)?shù)幕娜缂埌寤纳?。其他組 分如粘結(jié)劑、穩(wěn)定劑、分散劑和其他顏料可以與該顏料共混物相結(jié)合，從而形成不偏離本公 開(kāi)范圍的最終底漆。在這里使用的“紙板基材”廣義地是指能夠涂布所公開(kāi)的底漆的任何紙板材料。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將體會(huì)到，該紙板基材可以是漂白或未漂白的，且通常比紙厚和更硬挺。通 常，紙板基材具有約85磅/3000ft2或更高的無(wú)涂層基重。適當(dāng)?shù)募埌寤牡膶?shí)例包括瓦 楞紙芯層(corrugating medium)、掛面紙板(Iinerboard)和固體漂白硫酸鹽(SBS)。所公開(kāi)的底漆的顏料共混物的粘土組分可以是具有較高縱橫比或形狀系數(shù)的任 何扁平狀粘土(即超扁平狀粘土)。在這里使用的術(shù)語(yǔ)“縱橫比”和“形狀系數(shù)”是指?jìng)€(gè)體 粘土顆粒的幾何形狀，具體地說(shuō)該粘土顆粒的第一尺寸(例如，該粘土顆粒的直徑或長(zhǎng)度) 與該粘土顆粒的第二尺寸(例如，該粘土顆粒的厚度或?qū)挾?之比。術(shù)語(yǔ)“超扁平狀”、“高 縱橫比”和“較高縱橫比”是指通常超過(guò)40 1，例如50 1或更高，尤其70 1或更高， 并且優(yōu)選90 1或更高的縱橫比。在一個(gè)方面，該顏料共混物的粘土組分可以包括扁平狀粘土，其中按平均計(jì)該粘 土顆粒具有約40 1或更高的縱橫比。在另一個(gè)方面，該粘土組分可以包括扁平狀粘土， 其中按平均計(jì)該粘土顆粒具有約50 1或更高的縱橫比。這種粘土的例子是可從喬治亞 州 Roswell 的 ImerysPigments，Inc.獲得的CONTOUR 1180。在另一個(gè)方面，該粘土 組分可以包括扁平狀粘土，其中按平均計(jì)該粘土顆粒具有約90 1或更高的縱橫比。這種粘土的例子是也可從Imerys Pigments, Inc.獲得的XP-6100。適當(dāng)?shù)谋馄綘钫惩恋钠渌?例子公開(kāi)在Jones等人的美國(guó)專利No. 7，208，039中，該專利的全部?jī)?nèi)容在這里通過(guò)引用而 并入。在另一個(gè)方面，顏料共混物的粘土組分可以包括具有較高平均粒度的扁平狀粘 土。在一個(gè)特定方面，該粘土組分可以具有約4微米或更高的平均粒度。在第二個(gè)特定方 面，該粘土組分可以具有約10微米或更高的平均粒度。在第三個(gè)特定方面，該粘土組分可 以具有約13微米或更高的平均粒度。所公開(kāi)的底漆的顏料共混物的碳酸鈣組分可以包括研磨碳酸鈣。在一個(gè)方面， 該碳酸鈣組分可以包括精細(xì)研磨碳酸鈣。這種精細(xì)研磨碳酸鈣的實(shí)例是可從喬治亞州 Roswell的Imerys Pigments, Inc.獲得的CARBITAL 95，其中約95%的碳酸鈣顆粒具 有小于約2微米的直徑。在另一個(gè)方面，該碳酸鈣組分可以包括粗研磨碳酸鈣。這種粗研 磨碳酸鈣的實(shí)例是也可從Imerys Pigments, Inc.獲得的CARBITAL 60，其中約60% 的碳酸鈣顆粒具有小于約2微米的直徑。在另外方面，該碳酸鈣組分可以包括超粗研磨碳 酸鈣。這種超粗研磨碳酸鈣的實(shí)例是也可從Imerys Pigments, Inc.獲得的GARBITAL 35，其中僅僅約35%的碳酸鈣顆粒具有小于約2微米的直徑。在另一個(gè)方面，該顏料共混物的碳酸鈣組分可以具有約1微米或更高，例如約1. 5 微米，更尤其3微米或更高的平均粒度。不局限于任何特定理論，據(jù)信，配制成提供較高沉降空隙體積百分率(即較膨松 的顆粒堆積)的顏料共混物在較低的涂布重量下提供了高平滑度，從而減低了原材料成 本。此外，據(jù)信，使用具有較高的縱橫比和/或較高的平均粒度的粘土組分和具有較高的平 均粒度的碳酸鈣組分提供了較高和因此理想的沉降空隙體積百分率。例如，超過(guò)45%的沉 降空隙體積可能是理想的，而超過(guò)47. 5%的沉降空隙體積可能是更理想的，超過(guò)50%的沉 降空隙體積可能是還更理想的。一種適用于測(cè)定沉降空隙體積百分率的技術(shù)包括制備具有所需重量百分率的粘 土組分與碳酸鈣組分的顏料共混物樣品。該顏料共混物樣品然后用水稀釋至50wt%固體， 以提供淤漿。將70克淤漿樣品投入到離心管中，并在大約SOOOg下旋轉(zhuǎn)約90分鐘。然后 從離心機(jī)中取出樣品，分離出透明的上清液并稱重。該沉降物通常被足夠致密地填充，使得 上清液容易被倒出。基于所除去的水的重量，可以計(jì)算出仍然在沉降物的空隙中含有的水 的重量。然后，使用顆粒密度，可以將空隙中的水的重量轉(zhuǎn)化為沉降空隙體積百分率。參見(jiàn)圖4-6，提供了各種顏料共混物的沉降空隙體積百分率與粘土組分在
顏料共混物中的重量百分率的關(guān)系。具體而言，圖4-6比較了CARBITAL 35(超
粗)、CARBITAL 60(粗)和CARBITAL 95 (精細(xì))作為碳酸鈣組分的使用 以及XP-6100 (縱橫比在90 ι以上)、CONTOUR 1180 (縱橫比大約50 1)、 CONTOUR Mrm(縱橫比大約45 1)和KCS(縱橫比大約10 1(不是高縱橫比粘 土))作為粘土組分的使用。圖4-6表明，粗研磨碳酸鈣(圖4和5)，特別是超粗研磨碳酸鈣(圖4)以及高縱 橫比粘土，特別是縱橫比在70 1以上，更有其在90 1以上的粘土(XP-6100粘土)提 供了最高的沉降空隙體積百分率。
此外，圖4-6中的曲線，尤其是與XP-6100粘土有關(guān)的曲線中的凹形指出，當(dāng)粘土 組分與碳酸鈣組分共混時(shí)，獲得了最大的沉降空隙體積百分率。例如，參見(jiàn)圖4，當(dāng)使用超粗 研磨碳酸鈣和XP-6100時(shí)，最大沉降空隙體積百分率出現(xiàn)在約60wt%和約90wt%的粘土組 分之間。還有，該曲線的凹形指示，粘土組分和碳酸鈣組分的某些共混物提供了與使用 100%高縱橫比粘土相比即使不是更高也類似的沉降空隙體積百分率。因此，該曲線指示， 就沉降空隙體積百分率而言，將價(jià)格比較低廉的碳酸鈣與更昂貴的高縱橫比粘土共混可以 獲得即使不優(yōu)越也同等的涂料材料。的確，例如比較圖4到圖6，該曲線指示，碳酸鈣顆粒越 粗，獲得較高沉降空隙體積百分率所需使用的高縱橫比粘土越少。例如，參見(jiàn)圖4，當(dāng)將超 粗研磨碳酸鈣與XP-6100粘土共混時(shí)，粘土組分與碳酸鈣組分的45 55共混物提供了與 100 %高縱橫比粘土相同的沉降空隙體積百分率。參見(jiàn)圖7和8，用中試涂布器涂有各種底漆的紙板的派克印刷面(PPS)平滑度值相 對(duì)于按磅/令(3000ft2)計(jì)的底漆涂布重量來(lái)提供。本領(lǐng)域技術(shù)人員將體會(huì)到，取自用中 試涂布器(Pilot coater)制備的樣品的PPS平滑度值一般高于由實(shí)際尺寸磨機(jī)所制備的 樣品獲得的PPS平滑度值。盡管如此，使用中試涂布器取得的PPS平滑度值指示了由所公 開(kāi)的底漆相比于現(xiàn)有技術(shù)涂料所提供的改進(jìn)。作為參考，當(dāng)使用中試涂布器時(shí)，約7. 0微米 或更小的PPS平滑度值一般是理想的，約6. 5微米或更小的PPS平滑度值是優(yōu)選的，約6. 0 微米或更小的PPS平滑度值是更優(yōu)選的。特別有意義的是，如圖7所示，包括粗或超粗碳酸鈣和高縱橫比粘土尤其XP-6100 粘土的底漆提供了較高的沉降空隙體積百分率，并且在約9磅/令或更低的涂布重量下在 紙板基材上提供了通常在約7微米以下的PPS平滑度值。實(shí)際上，如圖7中的曲線的正斜 率所示，所得紙板的改進(jìn)平滑度(即較低的PPS平滑度值)直接與較低的涂布重量相關(guān)聯(lián)。 該數(shù)據(jù)與本領(lǐng)域技術(shù)人員的預(yù)期相反，本領(lǐng)域技術(shù)人員將預(yù)期在高涂布重量下有較高的平 滑度值。實(shí)際上，當(dāng)使用實(shí)際尺寸的磨機(jī)時(shí)，包括GARBITAL 35(研磨碳酸鈣)和 XP-6100(高縱橫比和高平均粒度粘土)的50 50顏料共混物的底漆在6磅/令的較低涂 布重量下獲得了大約2微米的PPS平滑度值。因此，用包括研磨碳酸鈣，特別是粗或超粗研磨碳酸鈣以及高縱橫比粘土，特別是 縱橫比在約70 1以上的粘土，更尤其是具有較高平均粒度的高縱橫比粘土的底漆涂布 基材例如紙板，獲得了光滑的紙板結(jié)構(gòu)而沒(méi)有犧牲膨松度，并且通過(guò)將較昂貴的扁平狀的 粘土與價(jià)格比較低廉的研磨碳酸鈣組合，同時(shí)需要令人驚訝的低涂布重量來(lái)獲得所需平滑 度，從而減低了制造成本。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將體會(huì)到，所選擇的高縱橫比粘土的類型和所選擇的研磨 碳酸鈣的類型以及粘土組分與碳酸鈣組分的比率可以基于所需平滑度通過(guò)成本考慮來(lái)決定。所公開(kāi)的底漆可以足夠填充基材中的紋孔和裂隙的量施涂于基材如紙板(例如 無(wú)菌液體包裝紙板)的表面上，而無(wú)需涂布基材的整個(gè)表面。因此，所公開(kāi)的底漆與所公開(kāi) 的用于施涂該底漆的方法一起，可以用來(lái)以較少量的底漆獲得高表面平滑度。實(shí)際上，如上 所述，高表面平滑度可以用出乎意料的少量的所公開(kāi)的底漆來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在一個(gè)方面，使用刮刀涂布機(jī)，將底漆施涂于基材上，使得刮刀涂布機(jī)推動(dòng)底漆進(jìn) 入基材的紋孔和裂隙內(nèi)，同時(shí)從基材的表面上除去底漆。具體地說(shuō)，如圖9和10所示，底漆 可以更類似于抹墻粉(spackling)的方式施涂，其中基本上所有的底漆存在于基材表面的 紋孔和裂隙中而非基材的表面上。在這一點(diǎn)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將體會(huì)到，當(dāng)所公開(kāi)的底漆在刮刀涂布機(jī)中使用時(shí)， 在移動(dòng)基材與涂布機(jī)的刮刀之間的間距可以減到最小，從而促進(jìn)填充表面的紋孔和裂隙， 而不明顯地將底漆沉積在基材的表面上(即，在基材的表面上形成不連續(xù)膜)。換句話說(shuō)， 涂布機(jī)的刮刀可以定位成充分靠近移動(dòng)基材的表面，使得涂布機(jī)的刮刀推動(dòng)底漆進(jìn)入基材 表面的紋孔和裂隙中，同時(shí)從基材的表面上除去過(guò)量的底漆。實(shí)施例1根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面所制備的第一顏料共混物包括50wt%CARJBrrAL 35(粗研磨碳酸鈣)和50wt%XP-6100(超扁平狀粘土)。在固定式混合機(jī)中，通過(guò)將該 50 50顏料共混物與水、膠乳粘合劑和增稠劑合并來(lái)制備涂料配制劑。以足夠形成淤漿的 量添加水。按上述方式，使用刮刀涂布機(jī)，將涂料配制劑以下列涂布重量施涂于具有約126 磅/3000ft2的基重的紙板原料上:6·7、7·9、8·9和11. 3磅/3000ft2。照片結(jié)果在圖3中示 出，而PPS平滑度值在圖7中提供(數(shù)據(jù)點(diǎn)用圓圈標(biāo)記)。因此，如圖3所示，所公開(kāi)的底漆和相關(guān)的方法在較低的涂布重量下提供了最佳 的平滑度(比較圖2與圖3)。具體地說(shuō)，在6. 7磅/3000ft2的涂布重量下獲得了最大平滑 度，而在7. 9磅/3000ft2的涂布重量下獲得了良好的平滑度，在8. 9磅/3000ft2的涂布重 量下獲得了較低的平滑度，在11. 3磅/3000ft2的涂布重量下獲得了甚至更低的平滑度。實(shí)施例2根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面所制備的第二顏料共混物包括50wt% Omya Hydrocarb 60 (購(gòu)自瑞士 Oftringen的Omya AG的粗研磨碳酸鈣)和50wt % XP-6170 (購(gòu)自Imerys Pigments, Inc.的超扁平狀粘土)。在固定式混合機(jī)中，通過(guò)將該50 50顏料共混物與水、 膠乳和淀粉粘合劑以及增稠劑合并來(lái)制備涂料配制劑。以足夠形成淤漿的量添加水。按上 述方式，使用刮刀涂布機(jī)，將涂料配制劑以5. 8磅/3000ft2和6. 8磅/3000ft2的涂布重量 施涂于具有約106磅/3000ft2的基重的紙板原料上，從而提供了在較低涂布重量下具有改 進(jìn)平滑度的紙板結(jié)構(gòu)。因此，在這一點(diǎn)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將體會(huì)到，根據(jù)本公開(kāi)配制以包括粗研磨碳酸 鈣，尤其超粗研磨碳酸鈣和超扁平狀粘土，尤其具有超過(guò)70 1的縱橫比的超扁平狀粘土， 更尤其是具有較高平均粒度(例如約10微米或更大)的高縱橫比粘土的底漆，在較低的涂 布重量下提供了增高的表面平滑度，特別是當(dāng)使用所公開(kāi)的方法施涂于基材上時(shí)。雖然上述顏料共混物包括扁平狀粘土和研磨碳酸鈣，尤其粗研磨碳酸鈣，但本領(lǐng) 域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，可以使用替代的顏料共混物，而不偏離本發(fā)明的范圍。例如，所公開(kāi) 的底漆的顏料共混物可以包括扁平狀粘土和一種或多種除研磨碳酸鈣以外的其他無(wú)機(jī)顏 料，例如沉淀碳酸鈣、滑石或高嶺土。雖然已經(jīng)顯示和描述了所公開(kāi)的底漆和相關(guān)紙板結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面，但在閱讀了本 說(shuō)明書(shū)之后本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到一些變化。本專利申請(qǐng)包括這種變化，并且僅僅根據(jù) 權(quán)利要求的范圍來(lái)限定。
權(quán)利要求
底漆，包括含有研磨碳酸鈣組分和超扁平狀粘土組分的顏料共混物，其中所述研磨碳酸鈣組分具有粗粒度分布，且其中所述超扁平狀粘土組分具有至少約40∶1的平均縱橫比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底漆，其中所述超扁平狀粘土組分的平均縱橫比是至少約 70 I0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底漆，其中所述超扁平狀粘土組分的平均縱橫比是至少約 90 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底漆，其中至多約35%的所述研磨碳酸鈣組分具有小于2微 米的粒度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底漆，其中至多約60%的所述研磨碳酸鈣組分具有小于2微 米的粒度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底漆，其中所述研磨碳酸鈣組分是所述顏料共混物的至少約 10wt%且所述顏料共混物的至多約60wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底漆，其中所述顏料共混物基本上由所述超扁平狀粘土組分 和所述研磨碳酸鈣組分組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底漆，其進(jìn)一步包括載體，其中所述顏料共混物分散在所述 載體中，從而形成淤漿。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底漆，其中所述顏料共混物具有至少約50%的沉降空隙體積。
10.紙板結(jié)構(gòu)，包括涂有根據(jù)權(quán)利要求1所述的底漆的紙板基材。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的紙板結(jié)構(gòu)，其中所述底漆在所述紙板基材的表面上形成了 不連續(xù)膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的紙板結(jié)構(gòu)，其中所述紙板基材作為在其表面上界定了多個(gè) 紋孔的纖維網(wǎng)幅形成的，且所述底漆基本上在所述多個(gè)紋孔內(nèi)接受，基本上沒(méi)有完全覆蓋 所述表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的紙板結(jié)構(gòu)，其中所述底漆以每面至多約9磅/3000平方英 尺的所述紙板基材的涂布重量施涂于所述紙板基材上。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的紙板結(jié)構(gòu)，其中所述底漆以每面至多約8磅/3000平方英 尺的所述紙板基材的涂布重量施涂于所述紙板基材上。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的紙板結(jié)構(gòu)，其中所述底漆以每面至多約7磅/3000平方英 尺的所述紙板基材的涂布重量施涂于所述紙板基材上。
16.紙板結(jié)構(gòu)，包括具有至少85磅/3000平方英尺的基重的紙板基材；和以每面至多9磅/3000平方英尺的涂布重量施涂于所述紙板基材的至少一個(gè)表面上的 底漆，其中所述底漆包括粗研磨碳酸鈣和超扁平狀粘土的顏料共混物，和其中至多約60% 的所述粗研磨碳酸鈣具有小于2微米的粒度，且其中所述超扁平狀粘土具有至少約70 1 的平均縱橫比。
全文摘要
底漆，包括粗研磨碳酸鈣和具有至少約40∶1的平均縱橫比的超扁平狀粘土的顏料共混物。
文檔編號(hào)C09D1/00GK101978114SQ200980110406
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者G·P·富吉特, J·R·霍根, S·G·布什豪斯, W-H·何 申請(qǐng)人:米德韋斯瓦科公司