紙涂料制劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種層合物，該層合物包含用膜涂覆的經(jīng)涂覆或未經(jīng)涂覆的紙板，所述膜包含聚合物粘合劑、TiO2和焦磷酸四鉀。用包含焦磷酸四鉀的膜涂覆的紙或紙板顯示出優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)。
【專利說明】紙涂料制劑

【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及具有改進亮度的有色紙涂料。
[0002]在較深色的基材(如廢紙板和原色牛皮紙板)上使用二氧化鈦(T12)作為紙板涂料中的顏料以改進光學(xué)性質(zhì)，如亮度、不透明度和外觀。此外，在輕質(zhì)涂覆的紙中使用T12以改進不透明度，或在優(yōu)質(zhì)涂覆的紙級別中使用T12以改進亮度和外觀。由于T12的成本很高，受此影響，造紙廠商試圖找到能夠減少其使用和/或改進其效率的方法。
[0003]在不存在改性劑如分散劑的情況下，T12顆粒會聚集，導(dǎo)致遮蓋效率低。但是，即使在T12分散良好的情況下，隨著T12濃度增大，T12顆粒還是會聚集。此外，例如人們已知涂料的過度分散會導(dǎo)致顏料顆粒絮凝，這會導(dǎo)致涂料亮度改進約0.5-1.5點(參見Imerys發(fā)表的2001TAPPI涂料會議論文“刮涂操作中的最優(yōu)分散(Optimum Dispers1n InBlade Coating Operat1ns) ”，以及韋利出版社(Wiley Press)出版的 R.F.Conley 的實用分散體中的“無機鹽分散劑”:理解和配制衆(zhòng)液指南(“Inorganic Salt Dispersants” inPractical Dispers1n:A Guide to Understanding and Formulating Slurries)的第三章)。然而，這種亮度的改進歸因于涂料孔隙率的增加(這會使來自空氣空穴的光散射量增加)，而不是歸因于涂料中T12分散體的效率增加。此外，通過使用高水平的分散劑而實現(xiàn)的亮度優(yōu)勢在壓延后會大幅降低至小于I點，這是由于在壓延過程中除去了加入分散劑時形成的空穴。
[0004]US8, 043，476揭示了具有改進的粘度穩(wěn)定性的紙或紙板涂料制劑，其包含磷酸鹽/酯或膦酸鹽/酯官能化的丙烯酸類聚合物粘合劑、T12和聚磷酸鹽/酯分散劑。盡管已知磷酸鹽/酯或膦酸鹽/酯官能度能夠增強粘合劑與T12的吸附性，從而改進其使用效率，但是磷酸鹽/酯或膦酸鹽/酯的存在通常會對粘合劑的粘度穩(wěn)定性和涂料的水敏感性產(chǎn)生不利影響。此外，用常用的磷酸鹽/酯單體(甲基丙烯酸磷酸乙酯(PEM))制備的膠乳總是包含監(jiān)管可能與食品接觸的產(chǎn)品的政府監(jiān)管機構(gòu)(例如FDA)所關(guān)注的雜質(zhì)。因此，設(shè)計滿足以下條件的這樣一種涂料將是紙和紙板涂料制劑領(lǐng)域中的一大進展:該涂料不需要包含磷酸鹽/酯和膦酸鹽/酯官能化粘合劑，同時仍能具有增強的亮度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明通過提供這樣一種層合物解決了本領(lǐng)域的需求，所述層合物包含經(jīng)涂覆或未經(jīng)涂覆的紙板；以及附著于該經(jīng)涂覆或未經(jīng)涂覆的紙或紙板上的厚度為5-35微米的一層膜；其中，所述膜包含a) 3-25重量％的聚合物粘合劑；b) 5-35重量％的T12 ；以及c)0.1-2重量％的焦磷酸四鉀；其中所述聚合物粘合劑包含乙酸乙烯基酯聚合物、乙烯基-丙烯酸類聚合物、苯乙烯-丙烯酸類聚合物或苯乙烯-丁二烯聚合物；其中所述重量百分?jǐn)?shù)都是以所述膜的重量為基準(zhǔn)計的。
[0006]在另一個方面，本發(fā)明是一種方法，該方法包括將厚度為5-35微米的組合物層施涂在紙或紙板上的步驟，其中所述組合物包含以下組分的水性分散體:a)3-25重量％的聚合物粘合劑顆粒；b) 5-35重量％的T12 ;以及c)0.1-2重量％的焦磷酸四鉀；其中所述聚合物粘合劑顆粒包含乙酸乙烯基酯聚合物顆粒、乙烯基-丙烯酸類聚合物顆粒、苯乙烯-丙烯酸類聚合物顆?；虮揭蚁?丁二烯聚合物顆粒；其中所述重量百分?jǐn)?shù)都是以所述組合物的固體總重量為基準(zhǔn)計的。
[0007]包含焦磷酸鉀的膜在使用各種粘合劑和各種等級的T12的情況下相比于表面上包含其他類似的分散劑的膜顯示出改進的亮度。

【具體實施方式】
[0008]本發(fā)明通過提供這樣一種層合物解決了本領(lǐng)域的需求，所述層合物包含經(jīng)涂覆或未經(jīng)涂覆的紙板；以及附著于該經(jīng)涂覆或未經(jīng)涂覆的紙或紙板上的厚度為5-35微米的一層膜；其中，所述膜包含a) 3-25重量％的聚合物粘合劑；b) 5-35重量％的T12 ；以及c)0.1-2重量％的焦磷酸四鉀；其中所述聚合物粘合劑包含乙酸乙烯基酯聚合物、乙烯基-丙烯酸類聚合物、苯乙烯-丙烯酸類聚合物或苯乙烯-丁二烯聚合物；其中所述重量百分?jǐn)?shù)都是以所述膜的重量為基準(zhǔn)計的。
[0009]優(yōu)選地，以所述組合物的固體總重量為基準(zhǔn)計，所述粘合劑的重量百分?jǐn)?shù)為5-25重量％。所述粘合劑最多可包含8重量％的磷酸鹽/酯或膦酸鹽/酯基團，但優(yōu)選基本上不包含這些基團。如本文所用，術(shù)語“基本不含磷酸鹽/酯或膦酸鹽/酯基團”表示以粘合劑的重量為基準(zhǔn)計，所述粘合劑顆粒包含小于0.05重量％,優(yōu)選小于0.01重量更優(yōu)選小于0.001重量％，最優(yōu)選O重量％的磷酸鹽/酯和膦酸鹽/酯基團。
[0010]所述水性組合物優(yōu)選包含5-25重量％，更優(yōu)選等于或小于20重量％，最優(yōu)選等于或小于15重量％ T12，所述含量以所述組合物的固體總重量為基準(zhǔn)計；所述1102可以是金紅石或銳鈦礦T12,并且可以是未經(jīng)處理的或者是經(jīng)無機二氧化硅或氧化鋁或氧化鋯處理的，或其組合。
[0011]以所述組合物的重量為基準(zhǔn)計，所述組合物中焦磷酸四鉀的含量優(yōu)選為0.2-0.8
重量％。
[0012]較好的是，本發(fā)明的組合物包含其他添加劑，所述添加劑包括輔助顏料，例如粘土和碳酸鈣；流變改性劑；空心球顏料，例如ROPAQUE? AF-1055Hollow Sphere Pigment (陶氏化學(xué)公司(Dow Chemical Company)或其附屬公司的商標(biāo))；天然粘合劑，例如蛋白質(zhì)和淀粉；光學(xué)增白劑；潤滑劑；消泡劑；交聯(lián)劑；和其它分散劑，如聚丙烯酸基分散劑。通過使用Sedigraph所測得，可用于本發(fā)明組合物的輔助顏料的粒度優(yōu)選小于2微米，更優(yōu)選80-100重量％的所述輔助顏料小于2微米。該優(yōu)選的尺寸范圍顯著小于漆制劑中常用的輔助顏料的粒度。
[0013]所述膜的厚度優(yōu)選為等于或大于5微米，更優(yōu)選等于或大于10微米，并且等于或小于35微米，更優(yōu)選等于或小于20微米，該厚度大約是常規(guī)漆涂料的膜厚度的三分之一至十分之一。
[0014]在另一個方面，本發(fā)明是一種方法，該方法包括將厚度為5-35微米的組合物層施涂在紙或紙板上的步驟，其中所述組合物包含以下組分的水性分散體:a)3-25重量％的聚合物粘合劑顆粒；b) 5-35重量％的T12 ;以及c)0.1-2重量％的焦磷酸四鉀；其中所述聚合物粘合劑顆粒包含乙酸乙烯基酯聚合物顆粒、乙烯基-丙烯酸類聚合物顆粒、苯乙烯-丙烯酸類聚合物顆粒或苯乙烯-丁二烯聚合物顆粒；其中所述重量百分?jǐn)?shù)都是以所述組合物的固體總重量為基準(zhǔn)計的。所述粘合劑顆粒的體積平均粒度等于或大于50納米，更優(yōu)選等于或大于80納米，至小于或等于500納米，更優(yōu)選小于或等于300納米。
[0015]我們驚喜地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的層合物使得紙或紙板具有亮度，并且沒有額外添加T12,并且較好的是使用基本不含或完全不含磷酸鹽/酯和膦酸鹽/酯基團的粘合劑。此外，如以下實施例所示，我們驚喜地發(fā)現(xiàn)，經(jīng)包含TKPP的有色膜涂覆的紙或紙板的亮度始終優(yōu)于表面上包含類似的分散劑(TSPP或KTPP)的膜。通常對于各種粘合劑和T12類型都觀察到這種優(yōu)異性的趨勢。
[0016]
[0017]產(chǎn)品名MM.
[0018]Kaomax 粘土粘土
[0019]RPS Vantage T12RPS T12
[0020]Kronos 2063Ti022063Ti02
[0021]T1-Pure R_746Ti02R_746Ti02
[0022]P0LYC0?3960乙烯基丙烯酸類膠乳乙烯基丙烯酸類膠乳
[0023]RHOPLEX? NW-1715K苯乙烯丙烯酸類膠苯乙烯丙烯酸類膠乳
[0024]乳
[0025]RHOPLEX? RM- 232D HASE 流變改性劑 RM-232D
[0026]ROPAQUE? AF-1055 空心球顏料AF-1055
[0027]焦磷酸四鈉TSPP
[0028]焦磷酸四鉀TKPP
[0029]三聚磷酸鉀KTPP
[0030]P0LYC0、RHOPLEX 和 ACUMER 均為陶氏化學(xué)公司(The Dow Chemical Company)或其附屬公司的商標(biāo)。
[0031]實施例
[0032]實施例1-制備包含乙烯基丙烯酸類膠乳和TKPP的涂料
[0033]將RPS T12 (10.5重量份，70.58%固體)加入粘土 (89.5重量份，68.24%固體)，然后加入乙烯基丙烯酸類膠乳(20重量份，49.8%固體)，然后加入TKPP (0.3重量份，5%固體)。加入額外的DI水，從而將固體百分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)至45%。然后用NaOH將pH值調(diào)節(jié)至8-8.5，然后加入RM-232D (0.6重量份，28.27%固體)。
[0034]比較例1-制備不含分散劑的乙烯基丙烯酸類膠乳涂料
[0035]將RPS T12 (10.5重量份，70.58%固體)加入粘土 (89.5重量份，68.24%固體)，然后加入乙烯基丙烯酸類膠乳(20重量份，49.8%固體)。加入額外的DI水，從而將固體百分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)至45 %。然后用NaOH將pH值調(diào)節(jié)至8-8.5，然后加入RM-232D (0.6重量份，28.27%固體)。
[0036]比較例2-制備包含TSPP的乙烯基丙烯酸類膠乳涂料
[0037]按照實施例1的方法進行制備，不同之處在于使用TSPP (0.3重量份，5%固體)作為分散劑代替TKPP。
[0038]比較例3-制備包含KTPP的乙烯基丙烯酸類膠乳涂料
[0039]按照實施例1的方法進行制備，不同之處在于使用KTPP (0.3重量份，5%固體)作為分散劑代替TKPP。
[0040]實施例2-制備包含苯乙烯丙烯酸類膠乳和TKPP的涂料
[0041]將RPS T12 (10.5重量份，70.58%固體)加入粘土 (89.5重量份，68.24%固體)，然后加入苯乙烯丙烯酸類膠乳(20重量份，46.5%固體)，然后加入TKPP (0.8重量份，5%固體)。加入額外的DI水，從而將固體調(diào)節(jié)至45%。然后用NaOH將pH值調(diào)節(jié)至8-8.5，然后加入RM-232D (0.2重量份，28.27%固體)。
[0042]比較例4-制備不含分散劑的苯乙烯丙烯酸類膠乳涂料
[0043]將RPS T12 (10.5重量份，70.58%固體)加入粘土 (89.5重量份，68.24%固體)，然后加入苯乙烯丙烯酸類膠乳(20重量份，46.5%固體)。加入額外的DI水，從而將固體調(diào)節(jié)至45 %。然后用NaOH將pH值調(diào)節(jié)至8-8.5，然后加入0.2重量份的RM-232D (28.27%固體)。
[0044]比較例5-制備包含TSPP的苯乙烯丙烯酸類膠乳涂料
[0045]按照實施例2的方法進行制備，不同之處在于使用TSPP (0.8重量份，5%固體)作為分散劑代替TKPP。
[0046]比較例6-制備包含KTPP的苯乙烯丙烯酸類膠乳涂料
[0047]按照實施例2的方法進行制備，不同之處在于使用KTPP (0.8重量份，5%固體)作為分散劑代替TKPP。
[0048]實施例3和比較例7-9使用乙烯基丙烯酸類膠乳粘合劑以及2063Ti02，所述2063Ti02相比于RPS T12具有較低的T12純度和較高濃度的無機氧化鋁表面處理。
[0049]實施例3-制備包含乙烯基丙烯酸類膠乳、2063Ti02和TKPP的涂料
[0050]將2063Ti02 (10.5重量份，77.8%固體)加入粘土 (89.5重量份，68.24%固體)，然后加入乙烯基丙烯酸類膠乳(20重量份，49.8%固體)，然后加入TKPP (0.3重量份，5%固體)。加入額外的DI水，從而將固體百分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)至45%。然后用NaOH將pH值調(diào)節(jié)至8-8.5，然后加入RM-232D (0.6重量份，28.27%固體)。
[0051]比較例7-制備不含分散劑的乙烯基丙烯酸類膠乳和RPS T12涂料
[0052]將2063Ti02 (10.5重量份，77.8%固體)加入粘土 (89.5重量份，68.24%固體)，然后加入乙烯基丙烯酸類膠乳(20重量份，49.8%固體)。加入額外的DI水，從而將固體百分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)至45 %。然后用NaOH將pH值調(diào)節(jié)至8-8.5，然后加入RM-232D (0.6重量份，28.27%固體)。
[0053]比較例8-制備包含乙烯基丙烯酸類膠乳、2063Ti02和TSPP的涂料
[0054]按照實施例3的方法進行制備，不同之處在于使用TSPP (0.3重量份，5%固體)作為分散劑代替TKPP分散劑。
[0055]比較例9-制備包含乙烯基丙烯酸類膠乳、2063Ti02和KTPP的涂料
[0056]按照實施例3的方法進行制備，不同之處在于使用KTPP (0.3重量份，5%固體)作為分散劑代替TKPP分散劑。
[0057]實施例4和比較例10-12使用乙烯基丙烯酸類膠乳粘合劑和R_746Ti02，所述R-746Ti02是經(jīng)氧化鋁和二氧化硅表面處理的T12，其相比于RPS T12純度降低。
[0058]實施例4-制備包含乙烯基丙烯酸類膠乳、R-746Ti02和TKPP的涂料
[0059]將R-746Ti02 (10.5 重量份，76.81% 固體)加入粘土 (89.5 重量份，68.24% 固體)，然后加入乙烯基丙烯酸類膠乳(20重量份，49.8%固體)，然后加入TKPP (0.3重量份，5%固體)。加入額外的DI水，從而將固體百分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)至45%。然后用NaOH將pH值調(diào)節(jié)至8-8.5，然后加入RM-232D (0.6重量份，28.27%固體)。
[0060]比較例10-制備不含分散劑的乙烯基丙烯酸類膠乳和R_746Ti02涂料
[0061]將R-746Ti02 (10.5 重量份，76.81% 固體)加入粘土 (89.5 重量份，68.24% 固體)，然后加入乙烯基丙烯酸類膠乳(20重量份，49.8%固體)。加入額外的DI水，從而將固體百分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)至45 %。然后用NaOH將pH值調(diào)節(jié)至8-8.5，然后加入RM-232D (0.6重量份，28.27%固體)。
[0062]比較例11-制備包含乙烯基丙烯酸類膠乳、R-746Ti02和TSPP的涂料
[0063]按照實施例4的方法進行制備，不同之處在于使用TSPP (0.3重量份，5%固體)作為分散劑代替TKPP分散劑。
[0064]比較例12-制備包含乙烯基丙烯酸類膠乳、R-746Ti02和KTPP的涂料
[0065]按照實施例4的方法進行制備，不同之處在于使用KTPP (0.3重量份，5%固體)作為分散劑代替TKPP分散劑。
[0066]實施例5-制備包含RPS Ti02、AF-1055和TKPP的涂料
[0067]將RPS T12 (9 重量份，70.58% 固體)和 AF-1055 (2.16 重量份，26.61% 固體)加入粘土(88.6重量份，68.24%固體)，然后加入乙烯基丙烯酸類膠乳(20重量份，49.8%固體)，然后加入TKPP (0 .24重量份，5%固體)。加入額外的DI水，從而將固體百分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)至45%。然后用NaOH將pH值調(diào)節(jié)至8-8.5，然后加入RM_232D(0.6重量份，28.27%固體)。
[0068]比較例13-制備不含分散劑的、包含RPS T12和AF-1055的涂料
[0069]將RPS T12 (9重量份，70.58%固體)和AF_1055(2.4重量份，26.61%固體)加入粘土(88.6重量份，68.24%固體)，然后加入乙烯基丙烯酸類膠乳(20重量份，49.8%固體)。加入額外的DI水，從而將固體百分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)至45%。然后用NaOH將pH值調(diào)節(jié)至8-8.5，然后加入RM-232D (0.6重量份，28.27%固體)。
[0070]制備經(jīng)涂覆的樣品
[0071]使用#12繞線棒將涂料手工施加在Leneta漆擦洗面板基材上，然后在83°C下干燥3分鐘。使用Technidyne Micro S-5亮度計(Brightmeter)進行亮度測量。在測量前使用標(biāo)樣(亮度讀數(shù)為84.7)進行亮度校準(zhǔn)。每個樣品記錄五次測量值，其平均值示于表
I。實施例1-2和比較例1-6 (C1-C6)的亮度數(shù)據(jù)示于表1中:
[0072]表1-包含RPS Vantage T12和乙烯基丙烯酸類膠乳(VA)或苯乙烯丙烯酸類膠乳(SA)的涂料的亮度比較
[0073]

【權(quán)利要求】
1.一種層合物，所述層合物包含經(jīng)涂覆或未經(jīng)涂覆的紙板；以及附著于該經(jīng)涂覆或未經(jīng)涂覆的紙或紙板上的厚度為5-35微米的一層膜；其中，所述膜包含a) 3-25重量％的聚合物粘合劑；b)5-35重量％的1102 ;以及c)0.1-2重量％的焦磷酸四鉀；其中所述聚合物粘合劑包含乙酸乙烯基酯聚合物、乙烯基-丙烯酸類聚合物、苯乙烯-丙烯酸類聚合物或苯乙烯-丁二烯聚合物；其中所述重量百分?jǐn)?shù)都是以所述膜的重量為基準(zhǔn)計的。
2.如權(quán)利要求1所述的層合物，其特征在于，所述聚合物粘合劑包含小于0.05重量％的磷酸鹽/酯和膦酸鹽/酯基團，所述含量以所述粘合劑的重量為基準(zhǔn)計。
3.如權(quán)利要求1或2所述的層合物，其特征在于，所述焦磷酸四鉀的濃度為0.2-0.8重量％，所述濃度以所述膜中的固體總重量為基準(zhǔn)計。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的層合物，其特征在于，所述膜還包含粘土和/或碳酸鈣。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的層合物，其特征在于，所述粘合劑是乙酸乙烯基酯聚合物。
6.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的層合物，其特征在于，所述粘合劑是苯乙烯-丙烯酸類聚合物。
7.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的層合物，其特征在于，所述粘合劑是苯乙烯-丁二烯。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的層合物，其特征在于，所述膜包含一種或多種選自下組的添加劑:流變改性劑；空心球顏料；天然粘合劑；光學(xué)增白劑；潤滑劑；消泡劑；交聯(lián)劑；和聚丙烯酸。
9.一種方法，該方法包括將厚度為5-35微米的組合物層施涂在紙或紙板上的步驟，其中所述組合物包含以下組分的水性分散體:a)3-25重量％的聚合物粘合劑顆粒；b)5-35重量％的T12 ;以及c) 0.1-2重量％的焦磷酸四鉀；其中所述聚合物粘合劑顆粒包含乙酸乙烯基酯聚合物顆粒、乙烯基-丙烯酸類聚合物顆粒、苯乙烯-丙烯酸類聚合物顆粒或苯乙烯-丁二烯聚合物顆粒；其中所述重量百分?jǐn)?shù)都是以所述組合物的固體總重量為基準(zhǔn)計的。
【文檔編號】D21H19/48GK104074096SQ201410090380
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月27日
【發(fā)明者】V·卡利哈利, J·A·羅珀三世 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限公司