專利名稱：用于紙和紙板的涂布組合物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紙涂布材料的領(lǐng)域。本發(fā)明涉及用于紙和紙板的干法涂布組合物(dry coating composition)的制備方法，其中所述方法包括使至少一種顏料與至少一種粘合劑混合，再粉碎所得混合物。
背景技術(shù)：
常規(guī)的紙涂料作為含水涂料施用于紙基材(paper substrate)上。通過使具有合適性質(zhì)的固體(例如無機(jī)顏料、粘合劑和添加劑)與水混合，制備這些涂料配方。由于將常規(guī)的涂布混合物(coating mix)作為水基漿料施用于紙幅(paper web) 表面上，因此必須除去由涂布混合物帶到紙幅上的水，所以在涂布之后需要進(jìn)行有效的干燥。紙幅速度越高，需要的干燥能力越高，干燥部(dryer section)也變得越長(zhǎng)。同時(shí)，干燥是能量密集的工藝，干燥部的投資成本較高。含水涂料的上述問題可通過干法表面處理工藝避免，在該工藝中，在紙幅上施用干法涂布粉末。例如WO 2004/044323 (Metso Paper Inc.)公開了一種通過干法涂布粉末對(duì)紙幅進(jìn)行涂布的方法。該方法包括向移動(dòng)的紙幅的至少一側(cè)施用涂布粉末的步驟。所述涂布粉末包含無機(jī)材料和聚合物粘合劑材料。干法表面處理技術(shù)仍在開發(fā)當(dāng)中。特別是所使用的涂布材料有待提高。現(xiàn)有技術(shù)中已知許多不同種類的涂布組合物。US 2005/0006041 (Omya Ag)公開了共結(jié)構(gòu)化 (co-structured)填料或共吸附填料的復(fù)合組合物以及該組合物在造紙過程中作為涂料的用途，所述組合物含有至少兩種不同類型的無機(jī)顏料或有機(jī)顏料(mineral or organic pigments) 0這種組合物含有至少一種具有表面的顏料，所述表面帶有至少一個(gè)親水性部位；以及至少一種具有至少一個(gè)親有機(jī)性部位的顏料。WO 01/00712 (Neste Chemicals 0y)公開了用于紙涂布(paper coating)、特別是用于高級(jí)紙的干顏料粒(granulate)。所述顏料粒包含95-99. 5wt %的有機(jī)聚合物顏料、0-94. 5wt%的無機(jī)顏料和0. 5-5wt%的粘合劑或粘合劑混合物，并且該顆粒的粒徑為 4-400 μ m0WO 2006/050873 (Basf Ag)公開了紙涂布泥漿(paper coating slip)，所述泥漿含有至少一種無機(jī)顏料，特別是白色顏料；小于40重量份的有機(jī)聚合物(基于100重量份的所述無機(jī)顏料計(jì))；以及小于25重量份的水或其它在Ibar下沸點(diǎn)低于150°C的溶劑(基于100重量份的所述無機(jī)顏料計(jì))。該紙涂布泥漿應(yīng)該具有盡可能低含量的水或溶劑，并且應(yīng)該很好地附著于紙上。與通過干法表面處理工藝進(jìn)行涂布有關(guān)的問題之一在于，這些已知的涂布粉末導(dǎo)致涂層具有高速印刷所無法接受的質(zhì)量。通常將在印刷操作期間對(duì)于紙張表面的損壞稱為拉毛(pick)。當(dāng)從紙上提起印刷版(printing form)時(shí)，油墨對(duì)紙施加力，該力隨著所述油墨粘度(viscosity)和粘著性(tack)的增加而增大，并且隨著印刷速度的增加而增大。當(dāng)這個(gè)力超過臨界值(取決于紙)時(shí)，紙的表面發(fā)生損壞。拉毛發(fā)生時(shí)的最小印刷速度是對(duì)紙的抗拉毛性(pick resistance)的衡量。拉毛速度[m/s]是在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3783中定義的條件下(IGT型測(cè)試儀)，被印刷的紙的表面開始拉毛時(shí)的速度。這種抗拉毛性的測(cè)定可用于描述紙的表面強(qiáng)度。通常，人們?cè)噲D通過改變涂布組合物中使用的粘合材料，來解決抗拉毛性的問題。 ￠: Papermaking Science and Technology 系歹IjiA書中，Book 11 "Pigment Coating and Surface Sizing of Paper”在第210頁公開了以下內(nèi)容隨著膠乳(latex)粒徑的減小和膠乳羧基化的增加，干拉毛強(qiáng)度增加是眾所周知的。因此，通常認(rèn)為粘合劑粒徑越小，涂布強(qiáng)度越好。然而，即使使用小粒徑(即低于150nm)的粘合劑，已知的涂布組合物也不具有足夠高的表面強(qiáng)度；并且因?yàn)槌鲇诮?jīng)濟(jì)方面的原因，通過增加粘合劑的劑量來提高表面強(qiáng)度并不合理，因此需要開發(fā)新的干法涂布粉末來提高表面強(qiáng)度。已知顏料粒徑也會(huì)影響涂布組合物的性質(zhì)。在常規(guī)的濕法涂布混合物(水基漿料)中，通常已知小的粒徑是有利的，因而在涂布組合物中已經(jīng)使用了“細(xì)(fine)”顏料，即粒徑D9tl低于2 μ m的顆粒(D9tl直徑是表示測(cè)試群的90%的閾值，即90%的顆粒小于D9tl值)。 對(duì)于“正常(normal)”粒徑的涂布顏料，這個(gè)值為80% (D80 2 μ m)；對(duì)于“粗(coarse)”顏料而言，該值小于70% (D70 2 μπι)。因?yàn)榧埖钠交仁潜匾膮?shù)，并且因?yàn)楸绢I(lǐng)域中普遍相信粗顆粒會(huì)降低表面強(qiáng)度，所以非常粗的顏料(具有高于IOym的粒徑D9tl)已被認(rèn)為不適用于涂布混合物。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供用于紙和紙板的干法涂布組合物的制備方法，以減少上述缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的通過經(jīng)粉碎的干法涂布組合物及其制備方法實(shí)現(xiàn)，該組合物及方法的特征如獨(dú)立權(quán)利要求中所述。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式公開于從屬權(quán)利要求中。本發(fā)明以下述認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)通過將較大的顏料顆粒包含到生產(chǎn)涂布粉末的混合物中，可提高最終的涂布質(zhì)量(表面強(qiáng)度)。特別是認(rèn)識(shí)到，所述顏料的粒徑是涂層最終表面強(qiáng)度的決定性因素之一。與本技術(shù)領(lǐng)域的一般常識(shí)相反，意外地發(fā)現(xiàn)，比正常使用的粒徑實(shí)質(zhì)上更大的顏料粒徑產(chǎn)生了更好的表面強(qiáng)度。使用比常規(guī)顏料具有更小的比表面積(SSA)的顏料顆粒改善了涂層的最終表面強(qiáng)度。比表面積(SSA)是固體的材料性質(zhì)，其衡量的是每單位質(zhì)量的總表面積。SSA被定義為表面積除以質(zhì)量(單位為m2/kg)。不受任何理論的束縛，相信涂層的表面強(qiáng)度得到提高的原因至少部分在于在粉碎之前，粘合劑的量與顏料比表面積之間的比值較大，因而顏料顆粒較完全地被粘合劑覆蓋。保持粘合劑的量不變而減小顏料的SSA使上述比值增大。另一方面，這可以降低粘合劑的量，轉(zhuǎn)而降低成本，因?yàn)檎澈蟿┩ǔＪ潜阮伭细嘿F的材料。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，在與所述粘合劑混合之前，25%-100%的所述顏料顆粒具有低于3m2/kg的比表面積。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在與所述粘合劑混合之前，25%-100% 的所述顏料顆粒具有0. 5-1. OmVkg的比表面積。作為第一方面，本發(fā)明提供了用于紙和紙板的干法涂布組合物的制備方法，其中所述方法包括使至少一種顏料與至少一種粘合劑混合，再粉碎所得混合物。所述方法的特征在于，在與所述粘合劑混合之前，25 % -100 %的所述顏料具有10 μ m-50 μ m的粒徑 D900優(yōu)選地，在與所述粘合劑混合之前，25% -100%的所述顏料具有2(^111-4(^111、更優(yōu)選30ym-40ym&SgD9(l。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，粒徑分布為在與所述粘合劑混合之前， 至少一種顏料具有10 μ m-20 μ m的粒徑D5tl，意味著50%的顆粒小于10 μ m-20 μ m區(qū)間內(nèi)相應(yīng)的極限值，而50%大于10 μ m-20 μ m區(qū)間內(nèi)相應(yīng)的極限值。為了優(yōu)化經(jīng)涂布的紙或紙板的光學(xué)性能和印刷性能、特別是光澤度和不透明度以及表面強(qiáng)度，在與粘合劑混合之前，本發(fā)明的干法涂布組合物可含有顏料顆粒，其中，至多 75%的所述顏料顆粒的粒徑D9tl低于2 μ m。如果所述干法涂布組合物含有兩種具有不同粒徑分布的顏料，那么混合物具有雙峰粒徑分布(bimodal particle size distribution)。 這種雙峰粒徑分布是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。在用于紙和紙板的干法涂布組合物的制備方法中，顏料和粘合劑被混合在一起。 這可通過使約5-20重量份(ppw)的粘合劑與lOOppw的顏料混合，再粉碎所得混合物而完成。按每100份無機(jī)顆粒計(jì)，所述粘合劑的劑量通常為10-15份。所述混合可在有或沒有額外的水的情況下進(jìn)行?；旌虾螅没旌衔锿ㄟ^便利的方式例如噴霧干燥或冷凍干燥進(jìn)行干燥。然后用例如氣流粉碎機(jī)(jet mill)研磨干燥的混合物，再以干粉形式回收涂布組合物。通常，將本發(fā)明將所述的干法涂布組合物粉碎到粒徑D9tl為5μπι-15μπι。所得涂布粉末可用于在干法涂布法中對(duì)紙基材進(jìn)行涂布。所述干法涂布組合物還可包含其他添加劑，例如光學(xué)澄清劑(optical clarifier)或防結(jié)塊劑。在本發(fā)明中，所使用的顏料可以是通常用于紙涂布的任何無機(jī)顏料或顏料混合物，例如研磨碳酸鈣(GCC)。其他可能的顏料包括天然碳酸鈣，例如白堊、方解石、大理石或任何其他形式的碳酸鈣；天然沉淀硅酸鹽或合成沉淀硅酸鹽；硫酸鈣；二氧化鈦；滑石； 云母；粘土 ；煅燒粘土 ；氧化鋅；其他金屬氧化物、金屬氫氧化物、金屬硫酸鹽和金屬碳酸鹽，例如緞光白、結(jié)晶氫氧化鋁和無定形氫氧化鋁。通過在涂布組合物中使用特定的聚合物粘合劑組合物，可進(jìn)一步提高最終涂布質(zhì)量，即表面強(qiáng)度。適用于本發(fā)明的粘合劑包括合成聚合物和天然聚合物、特別是熱塑性聚合物，例如苯乙烯丁二烯共聚物或苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸共聚物。本發(fā)明的另一方面是通過本發(fā)明所述的方法，可獲得用于紙和紙板的經(jīng)粉碎的干法涂布組合物。所述經(jīng)粉碎的干法涂布組合物包含至少一種顏料和至少一種粘合劑的混合物，并且優(yōu)選該組合物處于粒徑D9tl為5 μ m-15 μ m的粉末形式。優(yōu)選在經(jīng)粉碎的混合物中， 至少50%的所述顏料顆粒由粒徑為20 μ m-50 μ m的顏料獲得。本發(fā)明還提供了用于紙和紙板的經(jīng)粉碎的干法涂布組合物所用的中間產(chǎn)物，其中所述中間產(chǎn)物包含至少一種顏料和至少一種粘合劑，所述顏料具有 ο μ m-50 μ m的粒徑 D900在中間產(chǎn)物的一個(gè)實(shí)施方式中，按每100份的顏料計(jì)，粘合劑的量為5-20重量份、優(yōu)選 10-15重量份。本發(fā)明的另一方面是粒徑D9tl為10 μ m-50 μ m的顏料在用于紙和紙板的、經(jīng)粉碎的干法涂布組合物的生產(chǎn)中以提高涂層表面強(qiáng)度的用途，所述涂層通過使用所述干法涂布組合物對(duì)紙或紙板進(jìn)行干法涂布而制得。
實(shí)施例在所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，10或15份的粘合劑與100份的純顏料混合或者與水態(tài)的顏料摻和物(pigment blends in water state)混合。用于實(shí)施例中的顏料為研磨碳酸鈣(GCC)。存在著具有不同粒徑的兩種不同的GCC。
權(quán)利要求
1.一種用于紙和紙板的干法涂布組合物的制備方法，其中，所述方法包括使至少一種顏料與至少一種粘合劑混合，再粉碎所得混合物；所述方法的特征在于，在與所述粘合劑混合之前，10% -100%的所述顏料具有彡IOym的粒徑D9(1。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在與所述粘合劑混合之前，15%-100%的所述顏料具有彡IOym的粒徑D9Q。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在與所述粘合劑混合之前，25%-100%的所述顏料具有彡IOym的粒徑D9Q。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在與所述粘合劑混合之前，10%-100%的所述顏料具有10 μ m-50 μ m的粒徑D9tl。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在與所述粘合劑混合之前，10%-100%的所述顏料具有20 μ m-40 μ m的粒徑D9tl。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在與所述粘合劑混合之前，10%-100%的所述顏料具有30 μ m-40 μ m的粒徑D9tl。
7.如權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所得混合物粉碎至粒徑D9tl ^ 2 μ m-15 μ m。
8.如權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，按每100份的所述顏料計(jì)，所得混合物中所述粘合劑的量為5-20重量份、優(yōu)選10-15重量份。
9.如權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述混合物中的至少一種顏料包含無機(jī)顆粒。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述的無機(jī)顆粒選自于包括下列物質(zhì)的組天然碳酸鈣和合成碳酸鈣，例如白堊、方解石、大理石及任何其他形式的碳酸鈣；天然沉淀硅酸鹽和合成沉淀硅酸鹽；硫酸鈣；二氧化鈦；滑石 ’云母；粘土 ；煅燒粘土 ；氧化鋅； 其他金屬氧化物、金屬氫氧化物、金屬硫酸鹽和金屬碳酸鹽，例如緞光白、結(jié)晶氫氧化鋁和無定形氫氧化鋁。
11.如權(quán)利要求1-10中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的粘合劑為熱塑性聚合物。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述的熱塑性聚合物通過烯屬不飽和單體發(fā)生自由基乳液聚合獲得。
13.如權(quán)利要求1-10中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的粘合劑為苯乙烯丁二烯共聚物或苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸共聚物。
14.如權(quán)利要求1-13中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在與所述的粘合劑混合之前，至多85%的所述顏料具有彡2 μ m的粒徑。
15.如權(quán)利要求1-14中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在與所述的粘合劑混合之前，10% -100%的所述顏料顆粒具有低于3m2/kg的比表面積。
16.用于紙和紙板的經(jīng)粉碎的干法涂布組合物，所述組合物通過如權(quán)利要求1-15中的任一項(xiàng)所述的方法獲得。
17.如權(quán)利要求16所述的經(jīng)粉碎的干法涂布組合物，其特征在于，粉末具有 2 μ m-15 μ m 的粒徑 D900
18.用于紙和紙板的經(jīng)粉碎的干法涂布組合物，所述組合物包含至少一種顏料與至少一種粘合劑的混合物，其特征在于，所述的干法涂布組合物具有2 μ m-15 μ m的粒徑D9tl，并且在經(jīng)粉碎的所述混合物中，至少10%的所述顏料顆粒由粒徑D9tl為ΙΟμπι以上的顏料獲得。
19.用于紙和紙板的經(jīng)粉碎的干法涂布組合物所用的中間產(chǎn)物，其特征在于，所述的中間產(chǎn)物含有至少一種顏料和至少一種粘合劑，其中所述的顏料具有10μπ -50μπ 的粒徑Dgoo
20.如權(quán)利要求19所述的中間產(chǎn)物，其特征在于，按每100份的所述顏料計(jì)，所述粘合劑的量為5-20重量份、優(yōu)選10-15重量份。
21.如權(quán)利要求19或20所述的中間產(chǎn)物，其特征在于，所述的混合物中的至少一種顏料由無機(jī)顆粒組成，所述無機(jī)顆粒選自于包括下列物質(zhì)的組天然碳酸鈣和合成碳酸鈣，例如白堊、方解石、大理石和任何其他形式的碳酸鈣；天然沉淀硅酸鹽和合成沉淀硅酸鹽；硫酸鈣；二氧化鈦；滑石 ’云母；粘土 ；煅燒粘土 ；氧化鋅；其他金屬氧化物、金屬氫氧化物、金屬硫酸鹽和金屬碳酸鹽，例如緞光白、結(jié)晶氫氧化鋁和無定形氫氧化鋁。
22.粒徑D9tl為10μ m-50 μ m的顏料在用于紙和紙板的、經(jīng)粉碎的干法涂布組合物的生產(chǎn)中以提高涂層表面強(qiáng)度的用途，所述涂層通過使用所述干法涂布組合物對(duì)紙或紙板進(jìn)行干法涂布而制得。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于紙和紙板的干法涂布組合物的制備方法，其中，所述方法包括使至少一種顏料與至少一種粘合劑混合，再粉碎所得混合物；其中，在與所述粘合劑混合之前，25％-100％的所述顏料具有10μm-50μm的粒徑D90。本發(fā)明還涉及具有10μm-50μm的粒徑D90的顏料在用于紙和紙板的、經(jīng)粉碎的干法涂布組合物的生產(chǎn)中以提高涂層表面強(qiáng)度的用途，所述涂層通過使用所述干法涂布組合物對(duì)紙或紙板進(jìn)行干法涂布而制得。
文檔編號(hào)C09C3/04GK102224293SQ200980147075
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日
發(fā)明者埃斯科·阿尼, 維薩·努蒂南, 馬里·奧亞南 申請(qǐng)人:凱米拉公司