改善涂布纸的可印刷性的组合物

摘要

本发明涉及通过在纸上添加包括颗粒状淀粉的组合物，改善涂布纸的可印刷性，所述组合物基本不含矿物或合成颜料。

说明书

本发明涉及涂布纸的改善的可印刷性，在一定意义上例如油墨需求 减少、较低的油墨擦除和更高的δ光泽。

用涂料颜料涂布纸主要为了改善印刷性能。通过用含有矿物或合成 颜料和粘合剂的一层或多层涂布基纸，基纸的较粗糙表面变光滑。涂布 纸然后干燥至合适的水分含量并且通常砑光。颜料涂料改善纸性能，例 如亮度、不透性、光泽度和光滑度，所有都有助于印刷性能。

高光泽度和光滑度并不总是理想的。过于光泽的纸可能导致印刷的 图像或文字不足以与背景区分，因为所谓的δ光泽(印刷和未印刷的区域 之间光泽度的差异)过低。过于光滑的表面可能引起印刷中的擦除问题， 因为油墨不能足够牢固地吸收/附着于纸上。存在一些解决替代方案使表 面更加暗淡或无光泽，例如无光泽(丝绸)砑光机或涂布彩色颜料选择。 对于无光泽涂布纸，油墨擦除同样是问题。

在EP-A1-770493中，通过在载体片材的至少一个表面上形成油墨 接收层，制造喷墨记录材料。载体片材通过在含有天然浆粕的纸片材表 面上熔融层压聚烯烃树脂而制得，所述聚烯烃树脂可以含有白色颜料。 油墨接收层含有水溶性树脂和胶态颜料颗粒。

在GB-1499235中，纸片用一种组合物涂布，该组合物包括总固体 含量大于40wt％的橡胶状成膜聚合物的胶乳，和每1.0重量份胶乳固体， 0.25至25重量份的未凝胶化淀粉颗粒，所述颗粒具有小于纸表面纤维 之间平均空隙距离的平均直径。

在EP-A1-1146171中，表面粗糙度低于6微米和表面光泽度为5-80％ 的纸的δ光泽通过用轻型外涂层涂布，使片材光泽度为50％或更少来改 善。外涂层包括流变改性剂/粘合剂组分和平均粒径为200至2000nm的 颜料或粘合剂涂布颜料。外涂层为颜料颗粒或其晶簇的局部单层。

在US-5439558中，用含有未凝胶化淀粉颗粒、高岭土、任选的另 外的矿物颜料和粘合剂的涂料涂布纸或卡纸。比例为对于全部涂料颜 料，淀粉颗粒为2至25wt％，粘合剂为低于12wt％和高岭土为至少60 wt％。目的是通过更好的表面涂料覆盖率，减少凹版或轮转凹版印刷中 漏点的出现。

在US-5314753中，无光泽印刷纸通过涂布含有25至70wt％碳酸 钙作为涂料颜料，10至65wt％未凝胶化淀粉颗粒和至多15wt％粘合剂 的组合物来生产。目的是制造一种无光泽涂布印刷纸，其将具有改善的 耐洗涤性和对光泽条纹的敏感性更小。

在US-B2-6825252中，涂料组合物包括颜料，例如粘土、碳酸钙、 硫化铝酸钙(缎白)、滑石、二氧化钛、硫酸钡、二氧化硅或塑料颜料， 和200nm至100μm的离散交联的天然淀粉颗粒的淀粉分散体作为粘合 剂。通过在羟基液体存在下，挤出交联淀粉和含水液体的混合物制备分 散体。该组合物也可以含有合成乳胶和通常包含在涂料颜料中的附加成 分，例如控泡剂、荧光增白剂、流变性添加剂、润湿剂、交联剂、表面 活性剂、润滑剂、分散剂和染料。

在US-B2-6833025中，用包括至少65wt％碳酸钙作为矿物颜料和基 于矿物颜料计算的0.5至9.5wt％有机颗粒的涂料组合物制造无光泽或 丝绸涂布纸，所述颗粒是尺寸为2至50μm的淀粉或石蜡。目的是显著 减少油墨磨损倾向，同时获得优良的印刷品光泽度。涂布纸尤其良好地 适用于胶版印刷技术。

本发明的目的是提供改善涂布纸可印刷性的新组合物和方法。涂布 纸可以是光泽的或无光的(丝绸涂布、无光泽涂布)。这种改善可以表现 为例如δ光泽更高(特别是对于光泽纸)、油墨需求更低或油墨擦除更低 (特别是对于无光泽涂布纸)。更高的δ光泽可能源于印刷区域的光泽提 高和/或未印刷区域的光泽降低。

本发明提供包括颗粒状淀粉的涂料组合物，所述组合物基本不含矿 物或合成颜料。令人惊讶的是当施涂于涂布纸时，这种组合物产生改善 的印刷性能，因为现有技术解决方案总是从作为必要组分的颜料出发。

涂料组合物以低固含量，优选不超过30％，更优选1至20％和最优 选3至15％的固含量施涂于涂布纸。

在纸的一侧上，组合物的量通常为0.1至3g/m²，优选0.2至2g/m²和更优选0.3至0.8g/m²，但是其它量是可能的。

淀粉颗粒可以来源于任何合适的来源，例如土豆、木薯、小麦、玉 米、蜡质玉米或燕麦，优选土豆或小麦。颗粒的数均粒度(直径)通常为 5至100μm，优选10至80μm，更优选15至60μm和最优选20至50μm。 淀粉颗粒优选是未改性的，但是也可以是改性的，例如交联的、稳定的、 解聚的、酯化的或醚化的。淀粉颗粒可以为阳离子或阴离子型。

当淀粉为离散颗粒形式时，需要粘合剂来将它们粘合在一起以及将 它们粘合到纸表面。可以使用常用的涂料彩色粘合剂，例如聚合物分散 体，例如苯乙烯丁二烯、苯乙烯丙烯酸酯或聚乙酸乙烯酯胶乳，或聚合 物溶液，例如聚乙烯醇。优选粘合剂为苯乙烯丁二烯胶乳。对于每100 重量份淀粉颗粒，粘合剂的量通常为1至20重量份，优选2至10重量 份和更优选3至7重量份。

组合物中通常需要流变改性剂来使其稳定，即避免淀粉颗粒沉积。 对于每100重量份淀粉颗粒，流变改性剂的量通常为5至50重量份， 优选8至40重量份，更优选10至30重量份和最优选15至25重量份。 合适的流变改性剂为例如瓜尔胶、羧甲基纤维素(CMC)，和碱金属可溶 或可溶胀的乳液丙烯酸系共聚物。用例如NaOH将涂料组合物的pH调 节至8-10，优选至约9，以便优化流变改性剂的功能。

该组合物可以含有少量矿物或合成颜料，对于每100重量份淀粉颗 粒，矿物或合成颜料通常低于20重量份，优选低于10重量份和更优选 低于5重量份。但是，最优选该组合物不含这种颜料。

该组合物也可以含有其它添加剂，例如荧光增白剂，交联剂，例如 乙二醛或碳酸锆铵，和润滑剂，例如硬脂酸钙。

基纸包括已经通过机械或化学方法或其组合，从木质材料(例如枞 松、桦树或桉树)分离的纤维。部分或所有纤维可以属于再循环类型。基 纸也可以含有填料(例如碳酸钙、粘土、滑石或白垩)和常用的添加剂以 及粘合剂，例如干/湿强剂、排水/保水试剂和疏水性试剂。基纸的克数 可以是任何适合于印刷的克数，例如干重为30至200g/m²，优选40至 100g/m²。由此纸的定义在此也包括通常分类为纸板或硬纸板的等级。 基纸优选以常用的造纸方式生产。通常，基纸干燥至10％含水量并在纸 设备上砑光。由此，基纸可以为轻量涂料的典型基纸(所谓LWC基纸) 或标准无木基纸(所谓高级纸)。

在施加本发明的组合物(第二涂层或外涂层)之前，至少涂布基纸一 次(第一涂层或预涂层)。预涂层可以通过包括刮涂、涂膜或辊输送涂布、 喷涂和幕涂的技术以常用方式施涂。涂布可以在纸设备末端进行(在线涂 布)或在独立的涂布机上进行(离线涂布)。涂料颜料包括矿物(例如碳酸 钙、粘土、滑石或白垩)或合成颜料和粘合剂(例如淀粉或苯乙烯丁二烯 胶乳)，和可以含有一些常用涂料成分。在纸的一侧，涂布量可以为5 至20g/m²，但是其它量是可能的。涂布纸干燥至通常低于10％的合适 的水分含量，并且其后可以被砑光。

本发明的组合物施涂在涂布基纸上。对于这一目的，存在许多合适 的施涂法，例如刮涂、涂膜或辊输送涂布、幕涂和喷涂。甚至喷涂棒可 能是可用的，因为其对平整组合物层来说并不总是必需的。施涂组合物 之前，通常将片材干燥至低于10％。但是，一些涂布技术，例如喷涂和 幕涂允许在第一涂层(预涂层)已经干燥之前施涂组合物，以及甚至用相 同的涂布设备。组合物也可以与涂布基纸的砑光结合施涂。因为片材可 能与砑光结合浸湿，现有润湿设备可以用于同时施涂组合物。

涂料和组合物可以仅施涂到纸的一侧，但是更常见的是处理纸的两 侧，这种处理甚至可以同时进行。

根据本发明，纸可以由包括平版印刷、凹版印刷或(转轮)凹版印刷、 喷墨和电子照相术的技术印刷。优选的印刷方法为平版印刷，因为在δ 光泽度、油墨需求和特别是油墨擦除意义上，本发明受益最大。

本发明在以下情况中工作非常良好，并产生印刷性能改善的纸。从 包括60％机制浆粕(云杉)和40％化学浆粕(松树)的原料及常用粘合剂和 添加剂在造纸机上以传统方式生产60g/m²干重的基纸，干燥至8％含水 量并砑光。用62％干重的涂料颜料分散体刮涂该基纸，产生10g/m²干 重的层，其包括等量的粘土和研磨碳酸钙(GCC)颜料、每100pph颜料， 12份(pph)苯乙烯丁二烯(SB)胶乳，和少量常用涂料颜料添加剂。涂布纸 被干燥至8％含水量并轻柔地砑光。以1g/m²干重的量由薄膜输送涂布 机将本发明的7％干重水性组合物施涂到涂布基纸上。该组合物含有100 pph平均粒径为35μm的未改性的颗粒状马铃薯淀粉，23pph碱金属可 溶丙烯酸系共聚物乳液和5pph苯乙烯丁二烯(SB)胶乳。然后将纸干燥 至6％含水量并砑光至30％光泽度。最后对纸进行平版印刷。

实施例

以下实施例举例说明本发明，但并不拟在实质上进行限制；除非另 有说明，份数和百分比按干重计。

实施例1

由刮刀涂布机以1300m/min的涂布速度将三种涂料颜料以10g/m²的量施涂在基纸上。差别在于颜料选择(粘土或研磨碳酸钙颜料)，所有 其它组分(例如胶乳、流变改性剂和光学增亮剂)相同。使用的光泽粘土 为用于光泽纸的小颗粒特种粘土，约90％的颗粒小于0.5μm。根据颗粒 的正态分布筛选过度研磨碳酸钙(GCC)，颗粒为接近一种没有小和大片 段的尺寸。将涂布的纸干燥至5％含水量，并保持未砑光。

通过薄膜输送涂布机以1000m/min的速率将少量(0.5g/m²)本发明 的组合物施涂于涂布纸上。该组合物含有100pph平均粒径为41μm的 颗粒状马铃薯淀粉，4pph苯乙烯丁二烯胶乳和20pph固含量为5％的流 变改性剂水溶液。将纸再次干燥至5％含水量。

然后将一半涂布卷轴轻柔地砑光至低光泽度，另一部分保持未砑 光。来自造纸厂的商用无光泽砑光涂布纸用作参照物。未砑光纸比参照 物具有更低的平滑性，但砑光的处于相同水平。

用砑光纸和砑光纸进行两个独立的实验。在第一个实验中，将纸印 刷(B100，黑色100％覆盖率)至油墨密度1.4，测量所需油墨量。在第二 个实验中，使用油墨密度1.75，测定未印刷和印刷区域的光泽度(75℃)。 以下表格中收集参数和结果(砑光/未砑光的)：

                       纸A          纸B        纸C         对照物

光泽粘土                                       50                     pph

普通粘土                30           40                               pph

过度的GCC               70                     50                     pph

普通GCC                             60                                pph

SB胶乳(Tg30℃)         11.5         11.5       11.5                   pph

油墨需求*              1.20/1.22    1.15/1.19  1.20/1.27   1.41       g/m²

光泽度(未印刷)**       43/39        44/39      40/31       31         ％

光泽度(印刷的)**       74/69        73/65      73/63       58         ％

*油墨密度1.4  **油墨密度1.75(都为B100，黑色100％覆盖率)

根据本发明，与参照物造纸厂纸相比，未砑光纸和砑光纸都具有明 显更低的油墨需求。此外印刷光泽度更好，特别是对于砑光纸。

实施例2

由刮刀涂布机以1200m/min的涂布速度将三种涂料颜料以10g/m²的量施涂在基纸上。差别在于颜料选择和SB胶乳类型，所有其它组分(例 如流变改性剂、光学增亮剂等)相同。将涂布的纸干燥至5％含水量并砑 光。

通过薄膜输送涂布机以1000m/min的速率将少量(0.5g/m²)本发明 的组合物施涂于涂布纸上。该组合物含有100pph平均粒径为41μm的 颗粒状马铃薯淀粉，4pph苯乙烯丁二烯胶乳和20pph固含量为5％的流 变改性剂水溶液。将纸再次干燥至5％含水量。纸表面光泽度较低，并 且不如前述光滑。

来自造纸厂的商用无光泽砑光涂布纸用作参照物。

印刷该纸(B100，油墨密度1.75)，测定印刷区域的光泽度(75℃)以 及油墨擦除。以下表格中收集参数和结果：

                    纸A        纸B        纸C       参照物

光泽粘土            50                                      pph

普通粘土                       20          30               pph

过度的GCC           50         80                           pph

普通GCC                                    70               pph

SB胶乳(Tg30℃)      11.5       11.5                         pph

SB胶乳(Tg10℃)                            12.0              pph

光泽度(印刷的)      64         73         73        58      ％

油墨擦除            2.7        1.6        0.9       4.4

印刷的光泽度比造纸厂纸具有的光泽度好的多。油墨擦除明显得到 改善。

实施例3

由刮刀涂布机以1300m/min的涂布速度，以10g/m²的量将含有光 泽粘土40pph、过度的碳酸钙60pph和SB胶乳11.5pph的涂料颜料施 涂在基纸上，并干燥至5％含水量。

通过薄膜输送涂布机以1000m/min的速率将0、0.5g/m²和2g/m²本发明的组合物施涂于涂布纸上。该组合物含有100pph平均粒径为41 μm的颗粒状马铃薯淀粉，4pph苯乙烯丁二烯胶乳和20pph固含量为 10％，pH 9的流变改性剂水溶液。再次将纸干燥至5％含水量，并穿过 辊温为40℃和辊隙压力为60kN/m的机械压延机。

测量以下性能：500份复制印刷之后，L&W透气性，拾取和剥离(IGT 1.5m/s，中等粘度油)，Emtec(疏水性)和未印刷/印刷的光泽度(4彩色黑 色)。以下表格中收集结果：

组合物的量              0              0.5           2           g/m²

L&W透气性               7.25           4.88          4.73        ml/min

拾取                    0.54           0.68          1.02        m/s

剥离                    1.28           1.26          -----       m/s

5/10/15秒下的Emtec      34/12/6        58/30/13      65/38/21    ％

未印刷/印刷的光泽度     22.9/45.4      22.6/47.4     19.7/42.1   ％

未印刷/印刷的平滑度     4.49/4.15      4.84/4.30     6.60/5.90   μm

这些结果表明本发明降低纸的透气性，改善纸的干燥表面强度，提 高纸的疏水性，和提高纸的平滑度。