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CN102597371A - 喷墨记录介质 - Google Patents

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CN102597371A CN2010800453016A CN201080045301A CN102597371A CN 102597371 A CN102597371 A CN 102597371A CN 2010800453016 A CN2010800453016 A CN 2010800453016A CN 201080045301 A CN201080045301 A CN 201080045301A CN 102597371 A CN102597371 A CN 102597371A
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Abstract

一种用于喷墨记录介质和形成喷墨记录介质的涂料组合物。根据一个方面，公开了一种喷墨记录介质，在纸基材上包含接收油墨的涂层。

Description

喷墨记录介质
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年10月9日提交的序号为61/250,207的美国临时申请和2009年8月31号提交的序号为61/238,428的美国临时申请的优先权，其内容在此以引用方式并入。
背景技术
本申请涉及一种喷墨记录介质和用于形成光泽喷墨记录介质的涂料组合物。更具体地，本发明公开的喷墨记录介质特别适用于高速印刷，例如高速喷墨打印。
传统上，商业印刷机印刷产品目录，小册子和直接邮件使用胶印。但是，喷墨技术的进步已经导致渗透到商业印刷厂的增加。喷墨技术为胶印提供了高质量的代替品，用来改善响应速率、降低成本和提高产品需求。除了印刷高质量的可变图像和文本外，这些印刷机包含允许快速、高容量印刷的卷筒送纸系统。喷墨技术目前正应需在世界范围内被用于生产地方杂志、新闻、小批量印刷、教科书和票据印刷。
根据本发明的某些方面，描述了一种记录介质，当使用用于商业印刷应用的高速喷墨设备印刷时，它提供快速的干燥时间、高光泽和优异的图像质量。
题为“用于多功能印刷的纸和涂层介质”(Schliesman等人)的美国专利申请公开No.2009/0131570公开了一种喷墨记录介质，其适用于胶印、喷墨打印和激光印刷。根据某些方面，该介质的配方包含具有粒径分布的阴离子基本颜料，其中至少96重量％的颗粒具有小于2微米的粒径；至少一种具有3微米或更小的粒径的无棱角砂的阳离子辅助颜料；基于干颜料重量最多17重量％的胶乳，其中所述胶乳是亲水的丁苯胶乳；和助漆基。虽然该配方适用于许多商用喷墨打印机，但它不适用于一些使用着色油墨的高速喷墨打印机。‘570公开的内容在此以引用方式并入。
发明简述
本申请描述了一种喷墨记录介质和用于形成喷墨记录介质的涂料组合物。根据本发明的一个方面，公开了一种喷墨记录介质，它包含在涂覆的纸基材上的接收油墨的涂层。所述接收油墨的涂层含有无机氧化物颗粒、多价金属盐和漆基，使得所述喷墨记录介质表现出改善的喷墨打印性能，特别是当用高速喷墨打印机采用着色油墨印刷时。根据本发明的某些方面，多价金属盐可以作为包含漆基和无机氧化物颗粒的层上的单独面涂层提供。
根据某些实施方案，涂布纸基材包含具有基础涂层的片材，所述基础涂层包括细颗粒尺寸的粘土。在一些情况下，粘土包括具有粒径分布的颗粒，其中至少90重量％的颗粒具有小于2微米的粒径。所述基础涂层还可以包括其它颜料，例如碳酸钙。
本发明的另一个实施方案涉及一种印刷的方法，该方法包含在本文描述的记录介质上沉积喷墨油墨。所述记录介质对于许多类型的油墨是高吸收的。它从喷墨打印机的几个通道快速吸收油墨。
本发明的涂层和涂布纸特别适用于着色喷墨油墨。
发明详述
用于生产接收油墨的涂层的涂层通常包括无机氧化物颗粒和多价金属盐。无机氧化物可以是中值粒径约0.5微米以下的多孔二氧化硅阳离子分散体。此外，所述涂层通常包括漆基。在一些情况下，在干重计，所述颜料包含最大比例的涂层组合物。在其它情况下，多价金属盐可以构成涂层组合物的最大比例。除非另有说明，组分材料的量以基于每100份总颜料重量的组分份数的方式表示。
无机氧化物涂层可以是具有小粒径的阳离子颜料，其中粒径小于0.5微米。根据某些实施方案，基于接收喷墨的涂料中颜料的总重量，所述无机氧化物是约65-约100份，更特别是约70-约95份。根据某些实施方案，无机氧化物颗粒基本上占涂层中的所有颜料。此处所用的术语“基本上所有”表示无机氧化物至少占约98％，更特别地至少占99％，在某些实施方案中至少占涂料组合物中的颜料的99.5％。
美国专利No.7,393,571描述了生产接收喷墨的涂料中使用的无机氧化物颗粒的实例，它的内容以引用方式并入本文。可以改性无机氧化物颗粒以改善颗粒的性能。可以改性无机氧化物颗粒以产生表现出正表面电荷(zeta电位)的颗粒。表面电荷可以具有至少+20mV的zeta电位，在某些情况下至少+40mV。可以用具有阳离子部分的添加剂改性颗粒以及可以用氧化铝、含氧离子的有机硅烷和离子聚合物改性颗粒。
根据本发明的某些方面，无机氧化物颗粒包含多孔二氧化硅阳离子分散体，例如SyloJet
Figure BDA0000151186520000031
C30或者C30F(Grace Davison)。根据本发明的某些方面，氧化物的平均粒径是约0.2-0.4微米，孔容(N2)至少是0.70ml/g和表面积小于200m2/g。根据其它实施方案，干燥的基础上测得的颗粒总孔容是在约0.5-约2.0ml/g的范围内，更特别是在约0.5-1.5，某些实施方案中约0.7-1.2ml/g。
适用于接收油墨的涂层的漆基包括能够粘结无机颗粒的水溶性或水分散性聚合物。特别有用的聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯醇衍生物和改性聚乙烯醇。可以在本发明的某些方面中使用的聚乙烯醇的具体实例包括得自Celanese的Celvol-203S和Poval-235。
其它合适的漆基包括羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丁基甲基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧甲基羟乙基纤维素钠、水溶性羟乙基纤维素乙基醚、硫酸纤维素、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩醛、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、丙烯酰胺/丙烯酸共聚物、聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、丙烯酸或甲基丙烯酸聚合物、苯乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯基甲醚/马来酸共聚物、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、己二酸/二亚乙基三胺共聚物、聚乙烯吡啶、聚乙烯咪唑、改性聚乙烯亚胺表氯醇、乙氧基化聚乙烯亚胺、聚环氧乙烷、聚氨酯、三聚氰胺树脂、明胶、卡拉胶、葡萄聚糖、阿拉伯胶、酪蛋白、果胶、白蛋白、淀粉、胶原蛋白衍生物、火棉胶和琼脂。
接收油墨的涂层也包括多价金属盐。在本发明的某些实施方案中，所述多价金属是二价或三价阳离子。更特别地，所述多价金属盐可以是选自Mg+2、Ca+2、Ba+2、Zn+2和Al+3的阳离子，与合适的抗衡离子结合。二价阳离子例如Ca+2和Mg+2是特别有用的。也可以使用阳离子的组合。
用于本发明的盐的实例包括(但不限于)氯化钙、醋酸钙、硝酸钙、氯化镁、醋酸镁、硝酸镁、硫酸镁、氯化钡、硝酸钡、氯化锌、硝酸锌、氯化铝、羟基氯化铝和硝酸铝。类似的盐会被本领域技术人员所理解。特别有用的盐包括CaCl2、MgCl2、MgSO4、Ca(NO3)2和Mg(NO3)2，包括这些盐的水合物。也可以使用这些盐的组合。
根据本发明的某些方面，每100份颜料多价金属盐的用量是约20至150份，更特别地是约35至约133份。根据本发明的某些方面，提供多价金属盐作为接收油墨的涂层中的单独层，提供接收油墨的涂层作为包含无机氧化物和漆基的层上的面涂层。
根据需要接收油墨的涂层也可以包括任选的添加剂，例如着色剂、增稠剂、脱模剂、流变改性剂、常用颜料、微硅粉、增白剂、表面活性剂和/或分散剂。通过本领域的一种普通技术可以容易地测定配方中包括的添加剂的量。
通常施加足量的接收喷墨的涂料以提供所需的光泽度和图像质量。以约0.15lbs至约2lbs.的涂布干重施加的接收喷墨的涂层，更特别地是约0.5至1.5lbs.。涂布重量是基于3,300ft2纸张尺寸的lb./ream提供的。
根据本发明的某些方面，在基础涂层纸基材上涂布接收喷墨的涂料，其中抛光的纸的75°光泽度至少是60，至少是70或在一些情况下至少是75。
通常在纸基材的每侧涂布基础涂层纸基材。取决于基材、基础涂层和目标光泽度，通常在约5-12磅/令的范围内使用基础涂布，更特别地是约8-10磅/令。
根据某些实施方案，基础涂层包含细颗粒尺寸的粘土。所述粘土包括具有粒径分布的颗粒，其中至少90重量％，更特别地是至少96重量％的颗粒的粒径小于2微米。在干重的基础上，所述细颗粒尺寸的粘土可以占涂层颜料的约20-80份。在某些实施方案中，基于100份总颜料，所述粘土是约40至60份。HYDRAGLOSS
Figure BDA0000151186520000051
90高岭土(KaMin)是特别有用的粘土的实例，它提供表现所需性能的涂层。
基础涂层也可以包含其它颜料，特别是细尺寸颜料。可以使用的其它颜料的实例包括碳酸盐、硅酸盐、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝和三水合铝。为了改进光泽、白度和其它涂层性能的需要，在基础涂层中可以包括补加颜料。这些颜料的用量可以是最多附加60重量份干涂层颜料。最多40份，更特别地低于30份。颜料可以是粗磨碳酸钙、细磨碳酸钙、塑性颜料、TiO2或其混合物。研磨碳酸钙的一个实例是Carbital 35碳酸钙(Imerys，拉兹维，佐治亚)。另一种补加颜料是阴离子二氧化钛，例如购自Itochu Chemicals America(WhitePlains，纽约)的那些。对于纸光泽度，空心球体是特别有用的塑性颜料。空心球体颜料的实例包括ROPAQUE 1353和ROPAQUE AF-1055(罗门哈斯，费城，宾夕法尼亚)。当使用具有微粒尺寸的细颜料时，获得更高光泽的纸。这些颜料的相对量根据白度和所需的光泽水平改变。
所述用于粘结的基础涂层中可以包括漆基。所述漆基可以是阴离子的并且在某些实施方案中是苯乙烯/丁二烯胶乳(“SBR胶乳”)。任选地，所述胶乳共聚物也包括最多20重量％的丙烯腈重复单元。所述SBR胶乳是羧基化苯乙烯丁二烯共聚物胶乳混合料并且可以含有丙烯腈。可以使用高亲水性聚合物。有用的聚合物实例包括Genflo 5915SB胶乳聚合物，Genflo 5086SB胶乳聚合物，Gencryl PT 9525胶乳聚合物，以及Gencryl 9750ACN胶乳聚合物(均购自RohmNova，亚克朗，俄亥俄)。每100份总颜料，基础涂层中，漆基的总量通常是约2至约20份，更特别地是约5至约15份。
除了使用主漆基，所述基础涂层也可以包括助漆基。有用的助漆基的实例包括聚乙烯醇和蛋白质漆基。所述助漆基的用量通常是基于干重每100份颜料约1至约4份助漆基，更特别地是每100份干颜料约1.5至3份助漆基。在一些实施方案中有用的另一种助漆基是淀粉。阳离子淀粉和阴离子淀粉都可以用作助漆基。ADM Clineo 716是一种乙基玉米淀粉(Archer Daniels Midland，克林顿，爱荷华)。PenfordPG 260是另一种可以使用的淀粉助漆基的实例。如果使用阳离子助漆基，通常限制使用量使得保持所述涂层的总阴离子性质。应当小心地控制漆基水平。如果使用太少的漆基，所述涂层结构缺乏物理完整性，而如果使用太多的漆基，所述涂层变得更不渗水，导致油墨干燥时间变长。
可以使用其它任选的添加剂来改变接收油墨的涂层或基础涂层的性能。可以使用增白剂，例如Clariant T26光学增白剂(Clariant公司，麦克亨利，伊利诺)。不溶黏料和交联剂可以是有用的。一种特别有用的交联剂是Sequarez 755(RohmNova，亚克朗，俄亥俄)。交联剂或不溶黏料的量通常是基于100份总颜料约0.1-1.0重量份，更特别地是约0.2至0.6重量份。当使用刮刀涂布机施加涂层时，任选加入润滑剂以降低摩擦。
常规混合技术可以用于配制涂料。如果使用淀粉，通常在制备所述涂料前，用淀粉蒸煮机蒸煮它。根据某些实施方案，可以制备低至约35％固体的淀粉。个别地，包括基本颜料、辅助颜料和任何补加颜料的所有颜料可以分别混合若干分钟以确保不发生沉降。在实验室中，所述颜料可以在钻床混合器上使用桨式混合器混合。然后向所述混合器中加入主漆基，1-2分钟后接着加入助漆基。如果使用淀粉，通常当其从糊化锅中仍然是温热的时候将其加入混合器，约190℉。最后的涂层通过将混合的组分分散在水中来制得。所述分散体的固含量通常是约55重量％至约68重量％。更特别地，固体可以是分散体重量的约58％至约62％。
又一个实施方案涉及在基础涂层片的至少一个表面上具有接收油墨的涂层的高光泽油墨记录介质。可以使用任何涂布方法或装置，包括但不限于辊式涂布机、喷射涂布机、刮刀涂布机或棒式涂布机。根据某些方面的喷墨记录介质通常会在约30lb.至约250lb./3300ft.2纸表面的范围内。然后任选地根据需要抛光所述涂层纸至所需的光泽度。
所述基材或基片可以是常规的基片。有用的基片的实例包括Productolith/Sterling Gloss 80#、Sterling Ultra Matte Text 80#、Fortune Matte Cover、Futura Laser High Gloss 146#和Centura Gloss80#。
所述抛光的喷墨记录介质可用于印刷。将油墨施加在涂层上形成图像。施加后，油墨载体渗入所述涂层并被吸入其中。涂层孔隙的数目和均匀性导致了均匀和快速的油墨吸收。该喷墨记录介质也可以很好地适用于多功能印刷，因而由喷墨打印机的染料或着色油墨、激光印刷机的墨粉和胶印或凹版印刷或柔性版印刷机的油墨的组合在涂层纸介质上产生图像。
下列非限定性实施例举例说明了本发明的特定方面。
在商购的涂布胶印纸上在1lb./ream的干重下以刮刀涂布机的方式涂布包含133.3份氯化钙、100份SyloJet
Figure BDA0000151186520000071
C30F，表面用氯化铝处理的微粉硅胶(Grace Davison)和40份Celvol 203(聚乙烯醇)的涂层。所述涂层在1200PLI/100℉下使用3nips/侧压延。使商购的胶印纸进行相同的上述设定的压延条件以制备没有接收油墨的涂层的对比样品。
测试对象使用含有标准柯达着色油墨的柯达5300印刷机印刷在所得纸上。测试对象包含Dmax黑、品红、靑、黄、红、绿和蓝色段(patches)。红、绿和蓝色段采用由QEA生产的专用IAS图像分析系统测试斑点(mottle)并且使用光密度计测试光学密度。斑点是在低空间频率(即在大范围的噪音)下发生的密度不均匀性。斑点的单位是使用软件中规定的缺省密度标准和颜色过滤器的反射率％。越低的斑点值表示越好的性能。下面的斑点结果是红、绿和蓝色段斑点的平均值。在75度下测试光泽度。
越低的斑点值表示越好的性能。下面的斑点结果是黑、品红、靑、黄、红、绿和蓝色段斑点的平均值。根据本发明的某些方面，可以得到低于3.0的斑点值，更特别地低于2.0，还要更特别地低于1.5，在某些情况下低于1.0。
表1说明与没有接收油墨的涂层的对比实施例相比，本发明实施例具有较好的斑点。本发明实施例和对比实施例使用相同的压延条件压延。
表1
  实施例   基纸   涂布*   压延的光泽度   斑点   光泽度/斑点
  本发明实施例1   A   是   41.6   0.56   74
  本发明实施例2   B   是   76.4   0.51   150
  本发明实施例3   C   是   67.4   0.73   92.3
  本发明实施例4   D   是   72.1   0.54   134
  本发明实施例5   E   是   70.8   0.49   145
  本发明实施例6   F   是   59.9   0.54   111
  本发明实施例7   G   是   68.8   0.63   109
  本发明实施例8   H   是   74.3   0.59   126
  对比实施例1   A   否   40.5   2.31   17.5
  对比实施例2   B   否   81.4   5.55   14.7
  对比实施例3   C   否   68.6   4.26   16.1
  对比实施例4   D   否   79.4   5.10   15.6
  对比实施例5   E   否   77.0   6.39   12.1
  对比实施例6   F   否   74.6   3.47   21.5
  对比实施例7   G   否   78.1   2.60   30.0
  对比实施例8   H   否   76.7   4.34   17.7
*用接收油墨的涂料涂布。
根据本发明的某些方面，光泽度/斑点的比例至少是100，更特别地至少是110，还要更特别地至少是120，至少是130，在某些情况下至少是140。
或者，可以施加氯化钙作为包含硅胶和漆基的层上的单独的5％修补基面涂层。表2显示通过施加氯化钙的单独外涂层得到的抛光斑点的改善。
表2
  实施例   基纸   修补基面涂布   光泽度   斑点
  本发明实施例9   H   是   66.4   1.86
  对比实施例9   H   否   65.9   6.37
表3显示抛光纸上的接收油墨的涂层的效果。
表3
  基纸   未涂布的压延光泽   涂布的压延光泽   ％光泽度差
  A   40.5   41.6   1.1
  B   81.4   76.4   -5.0
  C   68.6   67.4   -1.2
  D   79.4   72.1   -7.3
  E   77.0   70.8   -6.2
  F   74.6   59.9   -14.7
  G   78.1   68.8   -9.3
  H   76.7   74.3   -2.4
除基纸A外，当施加的接收喷墨的涂层时，观察到光泽度损失。用基纸F该效果最明显，其中观察到14.7％的差值。
施加柯达轻松共享印刷机印刷涂布和未涂布的薄片。使用QEA专用IAS图像分析仪在100％填充R、G、B、C、M、Y、K色端上测量斑点。如表4所示，观察到涂布和未涂布样品间斑点的显著差异。纸A和G具有未涂布样品的最好结果。应用接收喷墨的涂料标准化基纸的性能。
表4
  基纸   涂布的斑点   未涂布的斑点   斑点差
  A   0.56   2.31   1.8
  B   0.51   5.55   5.0
  C   0.73   4.26   3.5
  D   0.54   5.10   4.6
  E   0.49   6.39   5.9
  F   0.54   3.47   2.9
  G   0.63   2.60   2.0
  H   0.59   4.34   3.8
表5：接收喷墨的涂料的配方实施例
表5
  通用材料   窄范围   宽范围   实施例材料
  干燥的份数   干燥的份数
  无机氧化物   70-95   65-100   SyloJet C30F
  多价金属盐   35-133   20-150   氯化钙
  漆基   7-15   3-50   Poval-235
  交联剂   0.2-0.6   0.05-1.0   Sequarez 755

Claims (23)

1.一种喷墨记录介质，包含：
涂布纸基材；和
在所述涂布纸的至少一侧上施加的接收喷墨的涂层，其中所述接收喷墨的涂层包含无机氧化物颗粒、多价金属盐和漆基；其中所述喷墨记录介质的75°光泽度至少是60。
2.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述无机氧化物颗粒包含二氧化硅颗粒。
3.根据权利要求2的喷墨记录介质，其中所述二氧化硅颗粒的中值粒径在0.5微米以下。
4.根据权利要求3的喷墨记录介质，其中所述二氧化硅颗粒的中值粒径是约0.2至0.5微米。
5.根据权利要求2的喷墨记录介质，其中所述二氧化硅颗粒包含阳离子二氧化硅颗粒。
6.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中当用包含着色油墨的喷墨打印机印刷时，所述介质的斑点值低于3.0。
7.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述漆基包含聚乙烯醇。
8.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述涂层进一步包含交联剂。
9.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中基于100份总颜料，所述漆基以约3至50份的量存在。
10.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中在涂层中的颜料基本上全部由所述无机氧化物颗粒构成。
11.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述接收喷墨的涂层以约0.15至1.0磅/令(3,300ft.2)的涂层重量存在。
12.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中基于100份总颜料，所述多价金属盐以约35至133份的量存在。
13.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述多价金属盐包含选自由Mg+2、Ca+2、Zn+2、Ba+2、Al+3和它们的组合组成的组的阳离子，该阳离子与无机或有机抗衡离子形成盐。
14.根据权利要求13的喷墨记录介质，其中多价金属盐选自由CaCl2、MgCl2、MgSO4、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2、ZnCl2、Zn(NO3)2、AlCl3，Al2(OH)5Cl、BaCl2和Ba(NO3)2和它们的组合组成的组。
15.根据权利要求14的喷墨记录介质，其中多价金属盐包含氯化钙。
16.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中接收喷墨的涂层包含第一层和第二层，其中第二层作为面涂层布置在第一层上。
17.根据权利要求16的喷墨记录介质，其中所述第二层包含多价金属盐。
18.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述涂层包含中值粒径是约0.2至0.5微米的阳离子二氧化硅颗粒、钙盐和聚乙烯醇。
19.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中当用包含着色油墨的喷墨打印机印刷时，所述喷墨记录介质呈现至少100的光泽度/斑点比值。
20.根据权利要求19的喷墨记录介质，其中所述喷墨记录介质呈现的斑点不超过1.0。
21.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述喷墨记录介质的光泽度至少是70。
22.根据权利要求1的喷墨记录介质，其中所述涂布纸基材包含具有粒径分布的细颗粒尺寸的粘土，其中至少90重量％的颗粒具有小于2微米的粒径。
23.根据权利要求22的喷墨记录介质，其中所述涂布纸基材包含羧基化苯乙烯丁二烯共聚物胶乳漆基。
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