專利名稱：制造聚合物粘合劑包封的二氧化硅顏料分散體的方法和包括這樣的分散體的涂覆介質(zhì)的制作方法
制造聚合物粘合劑包封的二氧化硅顏料分散體的方法和包括這樣的分散體的涂覆介質(zhì)
背景技術(shù)：
本發(fā)明通常涉及一種制造聚合物粘合劑包封的二氧化硅顏料分散體的方法和包括這樣的分散體的涂覆介質(zhì)。噴墨記錄是這樣進行的，即，墨滴從印刷頭噴向記錄紙的表面。該墨滴附著到該記錄紙上來記錄圖像和/或符號。噴墨記錄具有諸多優(yōu)點，包括相當高的速度、低噪音、和易于生產(chǎn)多色圖像。噴墨記錄已經(jīng)用于許多領(lǐng)域，包括生產(chǎn)類似相片的印刷物，其需要高的圖像品質(zhì)(IQ)印刷。對于這樣的印刷來說，通常令人期望的是記錄紙是無破裂的，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高生產(chǎn)率、圖像品質(zhì)和光澤度。


本發(fā)明實施方案的特征和優(yōu)點將通過參考下面的詳細說明和附圖而變得顯而易見，在其中相同的附圖標記對應(yīng)于類似的、但不必相同的成分。為了簡要，具有已經(jīng)在先描述過的功能的附圖標記或者特征在它們出現(xiàn)的其他附圖中可以或者可以不進行描述。圖1是用于制備一種實施方案的顏料分散體的方法的的一種實施方案流程圖2A和2B是在涂層施涂到可噴墨印刷基底的表面上之后，該實施方案的涂層的剖面橫截面圖，這里圖2B還表示了用該涂層施涂的面層；
圖3是用于形成一種實施方案的顏料分散體的剪切加工設(shè)備的示意性橫截面圖；和圖4是兩種SEM顯微圖的并排比較，其一個是常規(guī)的顏料分散體(標記為2. 1)，其另一個是此處所公開的一種實施方案的顏料分散體(標記為3. 1)。
具體實施例方式此處公開的是一種涂覆的介質(zhì)，其包括這樣的涂層，該涂層表現(xiàn)出比具有類似成分的其他涂層提高的光澤度和光澤均勻性，更好的穩(wěn)定性和更長的存儲壽命(在流體和涂覆的形式二者中)。據(jù)信在該涂覆的介質(zhì)的涂層中，該粘合劑包封的二氧化硅顏料粒子有利的導(dǎo)致了該涂覆介質(zhì)這樣提高的和令人期望的性能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當從制備可溶脹的涂料技術(shù)(其通常不包括二氧化硅作為油墨吸收性材料中的主要組分)到制備微多孔涂料技術(shù)(其通常包括二氧化硅作為油墨吸收性材料中的主要組分)時，經(jīng)常會存在著挑戰(zhàn)。微多孔涂料傾向于能夠?qū)崿F(xiàn)非?？斓挠湍稍锖吞岣呱?，特別是當用于顏料油墨時更是如此。但是，在涂料中所用的粘合劑對于二氧化硅顏料的用量是敏感的，并且該涂料中的二氧化硅顏料對于油墨體積和油墨組成二者是敏感的。具體的，該二氧化硅顏料傾向于吸收該流體載體，由此降低了涂層的光澤度。同樣，經(jīng)常限制了可以使用多少二氧化硅顏料，而沒有涂層破裂和/或產(chǎn)生涂層的亞光類飾面(即， 降低的光澤度)。在包含二氧化硅顏料的顏料分散體的常規(guī)加工中，該二氧化硅分散體是這樣制備的，即，在第一步驟中沒有粘合劑，并且存儲一段時間，直到進行第二步驟。在該第二步驟
4中，將兩個部分(即，該二氧化硅分散體和粘合劑溶液)混合在一起。明確的，將粘合劑溶液加入二氧化硅分散體中。一旦粘合劑已經(jīng)混合，則最終的漆經(jīng)常在短時間內(nèi)使用，以避免漆中粘合劑分離和/或顏料沉降?，F(xiàn)在參考圖1，表示了一個流程圖，其圖示了制備用于涂覆噴墨記錄基底的顏料粒子分散體的方法的一種實施方案。第一步驟包括在加入二氧化硅顏料之前，將聚合物粘合劑與其他處理劑和選自水、水可混溶性有機溶劑以及水與水可混溶性有機溶劑的混合物的載體進行混合。第二步驟包括將該二氧化硅顏料剪切混合到該混合物中(其已經(jīng)包含了該粘合劑)。第三步驟包括在提高的研磨速率和更高的溫度剪切混合該混合物。如圖1所示，此處公開的該方法的實施方案給二氧化硅分散體(即，粘合劑聚合物/二氧化硅分散體)的制備方式引入了變化。具體的，此處公開的方法改變了成分的添加次序。明確的，聚合物粘合劑是在任何其他成分之前加入的。這使得該聚合物粘合劑具有更多的時間與二氧化硅顏料接觸，和在高的剪切混合下與二氧化硅顏料相互作用。這是相對于現(xiàn)有技術(shù)方法的一個優(yōu)點，現(xiàn)有技術(shù)的方法將粘合劑作為最后的成分引入到二氧化硅分散體中。同樣，在這樣的方法中，沒有向粘合劑和二氧化硅最終的混合物施加剪切。相反，在這樣的現(xiàn)有技術(shù)方法中，作為制備所述漆的最后階段的一部分，粘合劑在溫和混合條件下與二氧化硅顏料相互作用了短的時間?，F(xiàn)在參考圖2A和2B，表示了在它施涂到可噴墨印刷基底210的表面上之后，涂層 220的兩個不同的剖面橫截面圖。圖2A表示了一種實施方案的涂覆的介質(zhì)200，在基底210 上僅僅具有涂層220，和圖2B表示了另一種實施方案的涂覆的介質(zhì)200’，將另外的面層230 與涂層220(其位于基底210上)同時施涂。涂層220的組成是至少由該顏料粒子分散體 (其包括下面將要進一步討論的聚合物粘合劑包封的二氧化硅顏料)構(gòu)成的。所形成的涂覆的介質(zhì)200，200’表現(xiàn)出諸多令人期望的性能，包括但不限于提高的光澤度和表面光滑度。涂層220位于其上的合適的基底210非限定性的例子包括多孔和非多孔基底。 具體的，合適的基底210包括但不限于紙基底，乙烯基，聚氨酯，機織和非機織材料(例如 TYVEK ，來自DuPont)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚酯，金屬和其他類似基底。在一個非限定性例子中，并且在此詳細討論的，該微多孔涂層220實現(xiàn)了更高的光澤度值，并因此可以用于未涂覆的紙基基底210上。這意味著在使用這樣的基底210時，不需要將昂貴的聚乙烯 (PE)層施用到(例如通過擠出技術(shù))該紙的一個或者兩個面上。這樣的PE層經(jīng)常具有為紙基底帶來了卷曲的不期望的副作用。這種副作用通常需要將PE層施用到兩個面上，以使得不產(chǎn)生卷曲或者輕微的不好的卷曲。這明顯增加了產(chǎn)品的成本。涂層220是通過將該顏料分散體置于基底210的至少一個表面上來形成的。用于將顏料分散體涂覆于基底210上來形成涂層220的方法非限定性的例子包括氣刀涂覆，刀涂，柵輥涂覆，刮墨刀涂覆，密爾棒涂覆，輥涂，反轉(zhuǎn)輥涂覆，凹版印刷涂覆，刷涂，噴涂，旋涂和其他類似方法。如圖2B所示，面層230位于涂層220上。面層230還可以使用任何合適的基底涂覆技術(shù)來形成。面層230可以與涂層220同時使用例如狹縫染料涂覆機(例如經(jīng)由階式涂覆或者共擠出技術(shù))來施涂。在一種實施方案中，面涂層230是另外一種顏料粒子分散體，其包括粘合劑聚合物，水，和氧化鋁顏料。涂層220(和面層230，當包括時)是在印刷到介質(zhì)200，200，上之前干燥的。
用于形成涂層220的顏料分散體包括這樣的粘合劑聚合物，其處于粒狀形式，處于與水或者另外的水可混溶性有機溶劑(例如醇類例如甲醇，乙醇，異丙醇和正丙醇；二醇類例如乙二醇，二甘醇，和甘油；酯類例如乙酸乙酯，乙酸丙酯，和丙酮；酮類例如乙酮；和任何其他有機溶劑，其在水中的溶解度通常不小于10重量％)的預(yù)混合溶液的形式，或者其組合。合適的聚合物粘合劑非限定性的例子包括水溶性粘合劑，例如包括一種或多種羥基的粘合劑。這樣的粘合劑的一個例子是聚乙烯醇(PVA)。通常，粘合劑的存在量是 5-30wt%,或者更明確的，10-20wt%。其他合適的粘合劑包括但不限于聚氨酯，聚丙烯酸酯， 和全部所列的粘合劑的組合。在這樣的組合中，粘合劑的存在總量在一種實施方案中是大約5wt%-大約20wt%或者在另外一種實施方案中是10wt%-大約30wt%，這取決于所用二氧化硅顏料粒子的類型。這些重量百分比是基于涂料組合物(即，顏料分散體)的總重量百分比的。用于形成涂層220的顏料分散體還包括處理劑。在一種實施方案中，該處理劑選自氫氯酸鋁(aluminum chlorohydrate)，氨基硅烷，烷氧基硅烷化合物及其組合。該烷氧基硅烷化合物可以是二-或者三-烷氧基硅烷化合物。該烷氧基硅烷化合物在形成二氧化硅和粘合劑聚合物絡(luò)合物中充當了催化劑(下面進一步討論)。該烷氧基硅烷化合物還充當了交聯(lián)劑，用于氫氯酸鋁和氨基硅烷。當使用金屬基底210來形成介質(zhì)200，200’時，該烷氧基硅烷還可以用于將該金屬結(jié)合到涂層220上。烷氧基硅烷化合物具體的例子包括但不限于二乙烯基二甲氧基硅烷，二乙烯基二 -β -甲氧基乙氧基硅烷，二( Y -縮水甘油醚氧基丙基)二甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基三-β-甲氧基乙氧基硅烷，Y-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，β_(3，4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷，N- β -氨基乙基-γ -丙基甲基二甲氧基硅烷，NH- β -氨基乙基-Y-丙基三甲氧基硅烷，Y-氨基丙基三乙氧基硅烷等等。所用的每個處理劑的總量通常是大約0. 5wt%-大約15wt%，基于所用的水分散性二氧化硅和水溶性或者水分散性粘合劑聚合物的總固體重量。在一種實施方案中，所用的每個處理劑的總量是lwt%-19wt%，和在另外一種實施方案中，所用的每個處理劑的總量是3wt%-9wt%。該顏料分散體還可以包括其他令人期望的添加劑。在一種實施方案中，任何一種下面的添加劑，單獨使用或者處于任何的令人期望的組合，也可以包括在涂層220的組成中生物殺滅劑，潤濕劑(例如SILWET L-7600或者其他合適的表面活性劑)，保濕劑(例如甘油)，交聯(lián)劑(例如硼酸，其量是lwt%-5wt%或者2wt%-3wt%)，pH調(diào)節(jié)劑(例如乙酸)， 紫外線(UV)吸收劑(例如TINUVIN 或者受阻胺)。仍然另外的，用于形成涂層220的顏料分散體包括二氧化硅顏料。合適的二氧化硅顏料非限定性的例子包括市售的CAB-0-SIL M-5(來自Cabot Corp.)，CAB-O-SIL M S-55(來自 Cabot Corp.) ,Orisil 150，200 或者 250 (來自 Orisil，Ltd.)，或者其他類似的二氧化硅顏料。二氧化硅顏料在該分散體中的存在量通常是總分散體重量的大約3wt%-大約20wt%。在另外一種實施方案中，二氧化硅顏料在該分散體中的存在量通常是總分散體重量的大約5wt%-大約15wt%。在形成該顏料分散體的方法的一種實施方案中，將聚合物粘合劑、處理劑和水 (即，第一組分)混入到單個混合容器中。在該第一組分在預(yù)定速率和預(yù)定溫度混合之后，將二氧化硅顏料剪切混合到該混合容器中(該容器包括第一組分混合物)。在二氧化硅顏料添加過程中，剪切混合是以另一種預(yù)定速率和溫度來實現(xiàn)的。一旦加入了期望量的二氧化硅顏料，則提高剪切混合速率和溫度，直到在該混合容器中形成了期望的顏料粒子分散體。合適的速率和溫度在下面進一步討論。圖3表示了混合容器310的一種示例性橫截面圖。在一種實施方案中，用于形成顏料分散體的剪切加工設(shè)備300包括單個容器310，電動機320，攪拌盤330，該盤具有合適直徑D (經(jīng)常測量單位為米)，以使得在盤330的邊緣E和容器310的內(nèi)部I之間存在著期望的距離H。距離H代表了剪切間隙。剪切速率(V)通?？梢允褂孟率絹泶_定 剪切速率(V)=(流動速率)/(剪切間隙的厚度)
在例如圖3示例性表示的剪切加工設(shè)備300中，剪切速率(V)可以如下計算 V (s-1) = (31 χ D χ N) / (60x H)
這里N=攪拌水平，單位rpm ；和D=攪拌盤直徑，單位米。在此處公開的方法的實施方案中，在更多的組分加入該混合物時，至少提高研磨速率(在此也稱作剪切速率)。在一些情況中，也升高溫度。該第一組分(即，聚合物粘合劑，水和任何的處理劑)以10-60HZ的研磨速率和在20-40°C的溫度下混合。在一種非限定性例子中，該第一組分以10-20HZ的研磨速率和在35-40°C的溫度下混合。當將二氧化硅顏料混入該第一組分混合物中時，將研磨速率升高到20-60HZ，溫度保持在20-40°C。在一種非限定性例子中，該二氧化硅顏料以30-60HZ的研磨速率和在35-40°C的溫度下剪切混合到該第一組分混合物中。在加入全部期望的二氧化硅顏料之后，將該混合物在20-60HZ的研磨速率和30-90°C的溫度進行剪切混合。通常，該剪切速率和溫度是在全部的二氧化硅顏料加入后升高的。在一種非限定性例子中，在全部的二氧化硅顏料加入到該第一組分混合物之后，將該混合物如下剪切混合研磨速率55-60HZ和溫度60-80°C。應(yīng)當理解該分散體的制備可以是一種連續(xù)的方法或者分批的方法，在其中聚合物粘合劑是在二氧化硅顏料之前加入的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過首先加入粘合劑，能夠降低二氧化硅在涂層220中的聚結(jié)。同樣，據(jù)信在此處公開的方法的某些情況中，可以使用更多的粘合劑來提高涂層220的附著品質(zhì)，同時保持涂層220的整體圖像質(zhì)量。因為粘合劑和二氧化硅之間相互作用的提高降低了二氧化硅在涂層220中的聚結(jié)，因此據(jù)信涂層220的涂覆重量也可以降低，同時保持涂層220的整體圖像質(zhì)量。同樣，粘合劑相對于分散體總固體的總含量/量可以提高，同時仍然降低了最終涂層220的整體涂覆重量厚度。在其中涂層220的涂覆重量厚度降低的情況中，這樣的降低將降低加工成本(和因此所形成介質(zhì)的成本)，并且還將提高所述加工的線速度?？傊?，此處公開的該方法的步驟次序使得粘合劑的用量更加靈活。這與根據(jù)常規(guī)方法混合的分散體(即，粘合劑聚合物在最后或者接近于最終的混合加工步驟中加入到二氧化硅顏料中)形成了明顯的對比。這些常規(guī)方法需要嚴格的顏料 /粘合劑的比率的平衡。提高粘合劑的量會引起二氧化硅粒子嚴重的聚結(jié)，其在噴墨印刷中是不期望的。此外，此處公開的該方法步驟的次序據(jù)信導(dǎo)致了最終分散的漆(即，顏料分散體) 的最終流變性。例如，此處公開的顏料分散體具有比用常規(guī)方法混合的漆稍低的粘度。通常，本發(fā)明的顏料分散體的粘度比用常規(guī)方法混合的分散體低了大約20cps。作為一個例子，本發(fā)明的顏料分散體的粘度是大約130cps，而用常規(guī)方法混合的分散體的粘度是大約 150cps。這會有益于優(yōu)化涂層220在基底210上的施涂。例如，此處公開的較低粘度的顏料分散體能夠使得該分散體以比更粘的分散體更快的速率施涂，和以比更粘的分散體更清潔的方式來沉積。如上文所述，此處公開的方法基本上是一步法，因為全部的組分被混入(基本上依次的，并且粘合劑是首先混入的)到單個混合容器330中。雙處理(粘合劑和二氧化硅) 是在單個容器330中完成的。常規(guī)微多孔涂料混合物制備的一個主要缺點是它需要兩步方法。在這樣的常規(guī)方法中，第一步驟包括使用二氧化硅顏料和其他添加劑在水中制備二氧化硅分散體。作為這種步驟的一部分，進行了過濾和粒度優(yōu)化測量。第二步驟包括通過將粘合劑加入到第一步驟所制備的分散體中來制備最終的漆。在它引入之前，該粘合劑首先在獨立于分散體混合容器的容器中制備，并因此將該二氧化硅分散體存儲直到粘合劑準備好為止。非常耗時的是首先混合該二氧化硅分散體，存儲它，然后將粘合劑與該二氧化硅分散體混合。這種兩步方法需要額外的裝置(和因此額外的成本)，額外的清潔時間，兩種(或多種)混合容器的額外準備，和將一種混合物加入另一種混合物中的額外步驟。同樣，使用此處公開的方法的實施方案有利的降低了用于制造該優(yōu)異的涂層220的成本，時間，步驟數(shù)，和裝置量。同樣，因此可以得出本發(fā)明方法的一個主要優(yōu)點是它包括單個步驟和單個容器 310。該單個步驟包括首先將粘合劑加入容器中，然后將二氧化硅加入相同的容器中(因此能夠在該容器中進行多種處理)。使用這種方法，據(jù)信制造時間降低了至少50%。例如，在常規(guī)方法(包括兩個或者三個不同的混合物制備步驟)中，對于一種具體的批次量(大約 2000-大約4000kg)來說，需要花費多達9小時來完成2-3個混合步驟(即，制備二氧化硅分散體，制備粘合劑混合物，和混合二者)和完成單個混合物的轉(zhuǎn)化來形成顏料分散體。對于類似批次量來說，使用本發(fā)明的方法，據(jù)信該時間可以達到大約4小時。此外，取決于該混合步驟所用的材料，這種常規(guī)方法會具有可變性問題，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其至少部分的歸因于在粘合劑加入前進行的二氧化硅混合步驟。這樣的問題會引起更大的粒度和會具有其他不期望的作用，例如涂層破裂，產(chǎn)生差的圖像品質(zhì)。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在常規(guī)微多孔分散體混合物中，在每次混合分散體時，難以再現(xiàn)相同粒度分布的二氧化硅。這引入了批次之間變化的問題，其歸因于二氧化硅粒子和它們的定向沒有通過粘合劑包封來控制(如同此處公開的方法的情況)。這種變化因素是通過本發(fā)明的方法來克服的。由于此處公開的方法的實施方案要求粘合劑存在于最初的混合物中，二氧化硅顏料粒度分布變得更一致和均勻。已經(jīng)觀察到粘合劑通過包封二氧化硅而充當了該二氧化硅的穩(wěn)定劑。換句話說，二氧化硅依靠該粘合劑來限制涂層220中二氧化硅粒子的尺寸和形狀。只要在隨后的方法中使用相同的粘合劑，通過本發(fā)明方法所生產(chǎn)的分散體將在批次之間再現(xiàn)。從實驗室規(guī)模到試生產(chǎn)規(guī)模到小型生產(chǎn)規(guī)模所制造的分散體都表現(xiàn)出這種可再現(xiàn)性。使用本發(fā)明的方法，實現(xiàn)了形成二氧化硅，粘合劑和其他成分的穩(wěn)定的相容混合物。不具有本發(fā)明方法所產(chǎn)生的分散體中二氧化硅和粘合劑的相容性(例如二氧化硅的粘合劑穩(wěn)定和包封)時(其經(jīng)常是常規(guī)方法的情況)，會發(fā)生顏料沉降，并且該分散體基本上變得不能用于將來的使用。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在此處公開的實施方案中，所用粘合劑的等級對于此處討論的涂層220 的粘合劑/二氧化硅相互作用或者分散體穩(wěn)定性或者存儲壽命性能不會產(chǎn)生不利的影響。 這據(jù)信是真的，不管粘合劑是單獨還是與其他粘合劑組合用于此處公開方法所形成的各批次的顏料分散體中。同樣，使用此處公開的方法，包括第一等級粘合劑的批次料和包括比第一批次料所用的粘合劑等級更低等級的相同粘合劑的另外一個批次料據(jù)信表現(xiàn)出類似的分散體穩(wěn)定性和存儲壽命性能。這在常規(guī)方法制備的涂料組合物中將是不可能的。在常規(guī)方法中加入低級粘合劑將使得分散體的粘度增加到甚至大于在用更高等級粘合劑制備的類似涂料中所觀察的粘度升高。造成這種粘度升高的一個原因據(jù)信是因為該常規(guī)方法中沒有發(fā)生氨基硅烷添加劑的有效水解。因此，使用該常規(guī)方法，因為所形成的氨基硅烷的變化，這里將很少有機會來實現(xiàn)具有不同粘合劑等級的批次料之間的一致性。使用本發(fā)明方法所觀察的另一優(yōu)點是穩(wěn)定了該顏料分散體，其防止了粘度過高的增加。已經(jīng)顯示出通過使用常規(guī)方法(即，二氧化硅在粘合劑之前)，顏料分散體粘度持續(xù)升高，這至少部分的歸因于氨基硅烷添加劑不能水解。與之明顯不同，在本發(fā)明方法的實施方案中，粘合劑羥基基團(例如存在于PVA基粘合劑或者其他中)的作用引起了氨基硅烷添加劑的水解，并且中長期和高溫條件(例如諸如高達60°C )下穩(wěn)定粘度。在常規(guī)方法中，氨基硅烷不能水解，這歸因于分散體中存在的高固體含量。如果氨基硅烷沒有充分水解(如常規(guī)方法中的情況)，則氨基硅烷與二氧化硅表面的反應(yīng)將受阻，因此導(dǎo)致分散體粘度升高和突然跳升。在這樣的條件下，該二氧化硅分散體的粘度將升高到非常高的值，例如 500-3000cps，這造成該分散體不可用，因為在這樣的粘度水平，它不能與粘合劑在第二步驟中混合來產(chǎn)生最終的漆。此處公開方法的實施方案通過在二氧化硅引入之前使得粘合劑引起氨基硅烷的水解，來巧妙解決了這樣的粘度升高。使用該常規(guī)方法的另外一種缺點是所形成的分散體對于較高的溫度非常敏感。例如在50-60°C，傾向于發(fā)生顏料凝聚和差的分散結(jié)果。相反，在使用本發(fā)明的方法來形成涂層220的實施方案中，能夠快得多的實現(xiàn)向顏料分散體的轉(zhuǎn)化，和因此降低了顏料凝聚，甚至當該混合物曝露于較高的溫度(例如大約60°C-大約90°C)時也是如此。在本發(fā)明的方法中，二氧化硅轉(zhuǎn)化是在全部的二氧化硅已經(jīng)加入到粘合劑/水或者水可混溶性有機溶劑混合物之后，在加熱過程中(到30-90°C的溫度)實現(xiàn)的。在另外一種實施方案中，本發(fā)明的轉(zhuǎn)化溫度是60-80°C或者60-90°C。常規(guī)方法仍然的另外一種缺點是不具有粘合劑的二氧化硅分散體非常短的存儲壽命。當粘合劑最后加入該分散體中來形成最終的漆時，該最終的漆可以在數(shù)天或者數(shù)小時內(nèi)使用，而非數(shù)月。這因為常規(guī)方法的分散體和漆二者具有非常短的存儲壽命。相反，使用本發(fā)明方法形成的分散體，所形成的漆混合物具有非常長的存儲壽命， 這歸因于原位加工該粘合劑的作用。通過粘合劑添加和然后添加二氧化硅(這樣該材料是共同存在的)而形成的混合物具有比常規(guī)二氧化硅分散體(在其中將粘合劑混合物加入到二氧化硅中，在兩種混合物已經(jīng)進行了初始和分別的加工之后)高出百倍的存儲壽命。此外，常規(guī)方法生產(chǎn)的二氧化硅分散體具有更多的與最終涂料的剪切混合時間有關(guān)的限制。該剪切混合必須在涂料混合物的成分首先混合到一起之后的10小時內(nèi)進行。據(jù)信該剪切混合應(yīng)當在這個時間期間內(nèi)發(fā)生是因為粘度開始升高，并且這通常是不期望的。 此外，在這樣的條件下，整個涂覆方法必須在M小時時間內(nèi)進行。如果最終的分散體放置了大于M小時而沒有涂覆到基底上，則所形成的涂層將具有減少的空隙體積。同樣，用該分散體涂覆的介質(zhì)中所產(chǎn)生的問題之一將是在油墨干燥過程中，由于涂層中減少的油墨空隙體積，該涂層將無法有效的吸收油墨。所以已經(jīng)充分證明的是該常規(guī)方法不能生產(chǎn)具有良好的存儲壽命和長期穩(wěn)定性的二氧化硅分散體。相反，在本發(fā)明方法中，提高粘合劑對于二氧化硅的曝露導(dǎo)致實現(xiàn)了具有明顯提高的存儲壽命和穩(wěn)定性的涂料。此處公開的分散體能夠適當經(jīng)受至少12個月的存儲，其遠遠不同于通過常規(guī)方法形成的涂料(其具有實際上不長的穩(wěn)定性)。作為此處所討論的，常規(guī)方法形成的涂層除了其他劣化的性能外，還具有降低的光澤度。解決常規(guī)方法的涂層中降低的光澤度問題的一種方式是施涂配方不同于該第一二氧化硅/粘合劑涂料的薄面涂層。當這樣的第二層用于該主要的二氧化硅/粘合劑涂層上面時，和該面層包括代替二氧化硅或者除了二氧化硅之外的氧化鋁時，涂層的一些(但非全部)的品質(zhì)例如光澤度會提高。與此有關(guān)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當將包括氧化鋁的第二薄涂層230施涂到根據(jù)本發(fā)明的方法制造的涂層220上時，涂層220的光澤度能夠特別的，甚至增效的提高。在一種實施方案中， 當0. 5gsm或者更低的含氧化鋁的面層230與涂層220 (根據(jù)本發(fā)明的方法制備)同時施涂時，整個涂層220，230的表面更光滑和另外甚至更有光澤。光澤度是涂覆的噴墨接受性介質(zhì)重要的和期望的性質(zhì)，特別是使用照相印刷時更是如此。本發(fā)明的新方法產(chǎn)生了更好的光澤度的另外的原因是它產(chǎn)生了這樣的二氧化硅粒子，在其表面上具有均勻分布的電荷，這賦予涂層220中的粘合劑/ 二氧化硅高度的活性。這至少部分的歸因于二氧化硅顏料被粘合劑包封。更明確的，粘合劑表面上的活性O(shè)H 基團與二氧化硅顏料交聯(lián)，由此來包封該顏料。作為這種包封的結(jié)果，涂層220表現(xiàn)出更光滑的表面和更大的光澤度，甚至沒有面層230時也是如此。面層230僅僅用于進一步提高該光澤度。在本發(fā)明方法中用粘合劑包封二氧化硅產(chǎn)生了更小的，但是相對更致密的粘合劑包封的粒子，其據(jù)信具有比常規(guī)方法形成的分布中的粒子更大的表面積。該高表面積的粘合劑包封的二氧化硅粒子在表面上還具有更均勻分布的電荷，其使得更多的粘合劑-二氧化硅顏料密切結(jié)合。關(guān)于此處公開的分散體的這樣的結(jié)論是通過兩種測試來支持的，ζ電勢測試和LUMiSizer 測試。此處公開的分散體(與常規(guī)方法形成的分散體相比)表現(xiàn)出更低的ζ電勢和更快的沉降速率二者。LUMiSizer 測試涉及測量二氧化硅粒子的尺寸和密度。通過LUMiSizer 的測量，與常規(guī)方法制備的粒子相比，本發(fā)明方法制備的分散體粒子更細(老化后平均直徑大約120nm-大約140nm)和據(jù)信具有更大的表面積。雖然此處的例子表現(xiàn)出相對小的粒度，但是據(jù)信任何尺寸的二氧化硅粒子可以用于本發(fā)明的方法中。在一種非限定性例子中，該二氧化硅粒子的平均直徑是大約120nm-大約180nm。在一些情況中，該二氧化硅粒度的直徑可以大到幾微米。本發(fā)明方法的結(jié)果是二氧化硅粒子被粘合劑更快和更有效的包封。這導(dǎo)致了更穩(wěn)定的分散體和更長的存儲壽命，如下面的實施例所示。用粘合劑包封二氧化硅還據(jù)信防止了二氧化硅凝聚，這歸因于這樣的事實，即，電荷更均勻的分布或者這樣的事實，即，電荷足以使得粒子懸浮于該分散體中。與此相關(guān)，已經(jīng)觀察到本發(fā)明分散體的ζ電勢(例如大約 25-大約34)明顯低于常規(guī)方法生產(chǎn)的分散體。
常規(guī)方法的另一缺點是可用于混合涂料分散體的有效的高剪切范圍(即，研磨速率范圍)是非常窄的，例如在典型的情況中是切川3-^^)^)。當該剪切力過低時，產(chǎn)生顏料凝聚，和當該剪切力過高時，產(chǎn)生空隙體積的降低。本發(fā)明的方法不具有這樣的剪切限制。因此，用于混合單獨的粘合劑以及然后混合其與二氧化硅顏料的明顯更寬范圍的剪切力是可能的。作為這種更寬的剪切范圍的結(jié)果，最終的混合步驟，其是在全部的成分(包括粘合劑和隨后的二氧化硅顏料)一起加入后在高溫和提高的研磨速率進行的，可以更容易、經(jīng)濟和有效的實現(xiàn)。此外，使用此處公開的實施方案實現(xiàn)了粘合劑/二氧化硅/試劑組合向顏料粒子分散體涂料明顯更好的轉(zhuǎn)化。此外，要重點指出的是高剪切混合僅僅用于常規(guī)方法的第一步驟中，來制造二氧化硅分散體。當粘合劑加入和與二氧化硅分散體混合以及之后，沒有使用剪切。在本發(fā)明的方法中，已經(jīng)表現(xiàn)出剪切值/速率和混合速率對于微多孔二氧化硅涂層220的品質(zhì)，特別是例如快速干燥品質(zhì)改善性和降低涂層220缺陷(例如裂紋)的有利作用。還表現(xiàn)出(參見實施例)這些作用包括二氧化硅分散體混合物存儲壽命的穩(wěn)定性和敏感性(其是常規(guī)方法中的一個問題)。本發(fā)明的方法明顯提高了粘合劑向二氧化硅的曝露，這樣該粘合劑可以活化。例如，二氧化硅和粘合劑組合物一起的組合的高剪切混合導(dǎo)致了該粘合劑聚合物表面的退火。從而，該退火的粘合劑表面產(chǎn)生了更大的光澤度。這產(chǎn)生了比常規(guī)涂層更光滑的涂層 220，具有較低的摩擦和在印刷機中更好的印刷可靠性。如上所詳細描述的，本發(fā)明方法中的粘合劑從該方法開始起就處于分散體形式， 并因此能夠?qū)σ恢碌牧６确植籍a(chǎn)生明顯的貢獻。粘合劑向二氧化硅明顯增加的曝露(其是本發(fā)明方法的直接結(jié)果)明顯防止了形成大粒子或者聚集體。這樣的大粒子或者聚集體的形成經(jīng)常發(fā)生于常規(guī)方法中，并且所形成的粒子/聚集體在加工過程中會堵塞過濾器。減少過濾器的更換通過提高制造產(chǎn)率和效率和降低所用的過濾元件數(shù)，而降低了制造成本。過濾可以用于本發(fā)明方法的方法結(jié)束時，S卩，在二氧化硅顏料與其他組分的最終混合之后ο試驗已經(jīng)表明本發(fā)明的方法能夠延長和容易的用于介質(zhì)基底210表面處理所用的許多種類的二氧化硅顏料分散體混合物。還表明本發(fā)明方法所制造的涂層220可以施涂到其他不含二氧化硅顏料的漆，該漆混合用于在噴墨印刷所用的基底210，紙張或者合成基底上施涂涂層220的目的。使用本發(fā)明的方法，這里至少有兩種有利的化學，其可用于解釋所形成的分散體的突出的存儲壽命穩(wěn)定性，物理性能和圖像品質(zhì)(IQ)。第一，粘合劑是在與二氧化硅顏料相同的條件下研磨和處理的。明確的，這種方法將粘合劑曝露表面上的OH基團轉(zhuǎn)化來與二氧化硅表面交聯(lián)，由此包封該二氧化硅來在表面上形成基本均勻分布的正電荷，這對于分散體漆(包括粘合劑)的穩(wěn)定是根本的。一起處理的粘合劑和二氧化硅為分散體的總有效電荷和它的穩(wěn)定性做出貢獻。第二，使用本發(fā)明的方法，粘合劑充當了顏料的包封聚合物，因此為顏料提供了更大的穩(wěn)定性。因此產(chǎn)生了更均勻分布的、受控和平衡的正電荷。二氧化硅的包封還降低了可導(dǎo)致顏料凝聚的排斥力。本發(fā)明方法的實施方案在一個步驟和一個混合容器310中處理粘合劑和二氧化硅表面。已經(jīng)觀察到這種方法提高了所形成的涂覆的介質(zhì)200，200’的大部分圖像品質(zhì)和物理性能。除了提高的圖像性能之外，該方法降低了顏料分散體漆制備的混合時間。與常規(guī)混合方法相比，這從而產(chǎn)生了混合和存貨成本的降低和存儲壽命的提高。如上所述，構(gòu)建本發(fā)明的顏料分散體來在基底210上形成涂層220。這種涂層 220(和因此的介質(zhì)200，200’)然后可以作為適當?shù)谋砻?，用于通過任何合適的噴墨印刷技術(shù)的印刷，包括熱噴墨印刷，壓電噴墨印刷，連續(xù)噴墨印刷等。為了進一步說明本發(fā)明的實施方案，在此給出了不同的實施例。應(yīng)當理解它們提供來作為示例性的目的，而不解釋為對所公開的實施方案范圍的限制。
實施例實施例1
將大約占總分散體配方)的聚乙烯醇粘合劑(P0VAL 235，Kuraray America, he.)與水加入混合容器中來形成溶液。(如上所述，該粘合劑可以處于粒狀或者預(yù)混合溶液的形式)。所用的處理劑是氫氯酸鋁(總分散體配方的大約3wt%，將pH降低到酸性范圍)和氨基硅烷(總分散體配方的大約9wt%，將pH升高到適度堿性的范圍)。將其他添加劑，包括1. 5wt%的甘油，2. 25wt%的硼酸，0. 75wt%的乙酸和0. 75wt%的SILWET L-7600,與該處理劑一起加入。在此階段，使用研磨機310 astral 混合器)在低功率(10-20Hz)對該粘合劑、添加劑/試劑和水進行剪切混合。基本上在剛剛完成添加劑的添加之后，將二氧化硅顏料(總分散體配方的大約Hwt%)隨后引入或者在更高的剪切和研磨速率引入。該二氧化硅是使用Ystral 混合器310以30_60Hz的功率混入的。將溫度保持在40°C或者稍低。一旦全部的二氧化硅添加完成，則將全部混合物以全功率(即，60Hz)和60-80°C的溫度進行研磨，來完成分散和轉(zhuǎn)化該二氧化硅，以使得粘合劑表面上的活性O(shè)H基團與該二氧化硅交聯(lián)。實施例2
將照相紙基底用實施例1所述方法制備的二氧化硅分散體組合物進行涂覆。作為比較，將另一照相紙基底用通過常規(guī)方法制備的二氧化硅分散體組合物進行涂覆，在該常規(guī)方法中聚乙烯醇聚合物粘合劑是在混合方法結(jié)束時加入的。比較了兩種分別涂覆的介質(zhì)的各物理和印刷圖像品質(zhì)(IQ)特性。比較結(jié)果列表于下面所示的表1中 表權(quán)利要求
1.一種制造用于涂覆噴墨記錄基底O10)的聚合物粘合劑包封的二氧化硅顏料分散體的方法，其包括混合該分散體的第一組分來形成混合物，該第一組分包括粘合劑聚合物；選自氫氯酸鋁、氨基硅烷、烷氧基硅烷化合物及其組合的處理劑；和選自水、水可混溶性有機溶劑及其組合的載體；將二氧化硅顏料剪切混合到該混合物中；和在該二氧化硅顏料加入到該混合物之后，在比將二氧化硅顏料剪切混合到該混合物中的溫度和研磨速率更高的溫度和更高的研磨速率，剪切混合該混合物。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該粘合劑聚合物處于粒狀形式，處于該粘合劑聚合物和載體的預(yù)混合溶液的形式，或者其組合。
3.權(quán)利要求1-2任一的方法，其中該第一組分是在10Hz-60Hz的研磨速率和 20 V -40 V的溫度進行混合的。
4.權(quán)利要求1-3任一的方法，其中該第一組分是在10Hz-20Hz的研磨速率和 35 0C -40 V的溫度進行混合的。
5.權(quán)利要求1-4任一的方法，其中該二氧化硅顏料是在20Hz-60Hz的研磨速率和 20 V -40 V的溫度剪切混合到該混合物中的。
6.權(quán)利要求1-5任一的方法，其中在混合該第一組分之前，該方法進一步包括在加入處理劑之前，將該粘合劑聚合物加入到混合容器中。
7.權(quán)利要求1-6任一的方法，其中在加入二氧化硅顏料之后，將該混合物在20Hz-60Hz 的研磨速率和30°C _90°C的溫度進行剪切混合。
8.權(quán)利要求1-7任一的方法，其中該混合和剪切混合步驟是在單個混合容器(310)中完成的。
9.權(quán)利要求1-8任一的方法，其中在60°C爐子中放置200小時之后，該分散體的粘度增加或者降低不大于2cP。
10.一種形成涂覆的噴墨介質(zhì)(200，200’ )的方法，該方法包括將權(quán)利要求1的方法所形成的聚合物包封的二氧化硅顏料的分散體施涂到基底(210) 的至少一個面上，來形成涂層O20)；和干燥該涂層(220)。
11.權(quán)利要求10的方法，其中在涂層(220)干燥之前，該方法進一步包括將另外的顏料粒子分散體的面涂層(230)與該涂層Q20)同時施涂，該另外的顏料粒子分散體包括粘合劑聚合物、水和氧化鋁顏料。
12.—種涂覆的介質(zhì)(200，200’)，其是根據(jù)權(quán)利要求10-11任一的方法來制造的。
13.權(quán)利要求12的涂覆的介質(zhì)(200，200’)，其中構(gòu)成涂層(220)的聚合物包封的二氧化硅顏料的分散體的ζ電勢是大約25-大約34。
14.權(quán)利要求12和13任一的涂覆的介質(zhì)(200，200’)，其中在構(gòu)成涂層Q20)的聚合物包封的二氧化硅顏料的分散體中，二氧化硅顏料的平均粒子直徑是大約120nm-大約 140nmo
15.一種涂覆的介質(zhì)(200，200，)，其包含基底010)；和位于該基底(210)上的涂層O20)，該涂層(220)包括聚合物粘合劑包封的二氧化硅粒子的干分散體，該粒子在其各自的表面上具有基本上均勻分布的正電荷，該涂層(220)的平均 電勢是大約25-大約34。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造用于涂覆噴墨記錄基底(210)的聚合物粘合劑包封的二氧化硅顏料分散體的方法。該方法包括混合該分散體的第一組分來形成混合物，該第一組分包括粘合劑聚合物、處理劑和選自水、水可混溶性有機溶劑及其組合的載體；將二氧化硅顏料剪切混合到該混合物中；和在該二氧化硅顏料加入到該混合物之后，在比將二氧化硅顏料剪切混合到該混合物中的溫度和研磨速率更高的溫度和更高的研磨速率，剪切混合該混合物。
文檔編號C09B67/38GK102414279SQ200980159026
公開日2012年4月11日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者M. 阿爾費克里 D., J. 塞倫斯基 R. 申請人:惠普開發(fā)有限公司