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(jìn)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(jìn)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(jìn)不透明度，或在優(yōu)質(zhì)涂覆的紙級(jí)別中使用T12以改進(jìn)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(jìn)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(huì)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(huì)聚集。此外，例如人們已知涂料的過度分散會(huì)導(dǎo)致顏料顆粒絮凝，這會(huì)導(dǎo)致涂料亮度改進(jìn)約0.5-1.5點(diǎn)(參見Imerys發(fā)表的2001TAPPI涂料會(huì)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(shí)用分散體中的“無機(jī)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(jìn)歸因于涂料孔隙率的增加(這會(huì)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(shí)現(xiàn)的亮度優(yōu)勢(shì)在壓延后會(huì)大幅降低至小于I點(diǎn)，這是由于在壓延過程中除去了加入分散劑時(shí)形成的空穴。
[0004]US8, 043，476揭示了具有改進(jìn)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(qiáng)粘合劑與T12的吸附性，從而改進(jìn)其使用效率，但是磷酸鹽/酯或膦酸鹽/酯的存在通常會(huì)對(duì)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(jī)構(gòu)(例如FDA)所關(guān)注的雜質(zhì)。因此，設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)仍能具有增強(qiáng)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(jì)的。
[0006]在另一個(gè)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(jì)的。
[0007]包含焦磷酸鉀的膜在使用各種粘合劑和各種等級(jí)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(jìn)的亮度。

【具體實(shí)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(jì)的。
[0009]優(yōu)選地，以所述組合物的固體總重量為基準(zhǔn)計(jì)，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(tuán)，但優(yōu)選基本上不包含這些基團(tuán)。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“基本不含磷酸鹽/酯或膦酸鹽/酯基團(tuán)”表示以粘合劑的重量為基準(zhǔn)計(jì)，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(tuán)。
[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(jì)；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(jī)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(jì)，所述組合物中焦磷酸四鉀的含量?jī)?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(rùn)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(cè)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(gè)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(jì)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(tuán)的粘合劑。此外，如以下實(shí)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(duì)于各種粘合劑和T12類型都觀察到這種優(yōu)異性的趨勢(shì)。
[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(shí)施例
[0032]實(shí)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(shí)施例1的方法進(jìn)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(shí)施例1的方法進(jìn)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(shí)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(shí)施例2的方法進(jìn)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(shí)施例2的方法進(jìn)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(shí)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(jī)氧化鋁表面處理。
[0049]實(shí)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(shí)施例3的方法進(jìn)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(shí)施例3的方法進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)施例4的方法進(jìn)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(shí)施例4的方法進(jìn)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(shí)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(jì)(Brightmeter)進(jìn)行亮度測(cè)量。在測(cè)量前使用標(biāo)樣(亮度讀數(shù)為84.7)進(jìn)行亮度校準(zhǔn)。每個(gè)樣品記錄五次測(cè)量值，其平均值示于表
I。實(shí)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(jì)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(tuán)，所述含量以所述粘合劑的重量為基準(zhǔn)計(jì)。
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(jì)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(rùn)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(jì)的。
【文檔編號(hào)】D21H19/48GK104074096SQ201410090380
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)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(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限公司