專利名稱：用于涂布轉(zhuǎn)輪凹版印刷紙的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種沉淀碳酸鈣顏料，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它可用于生產(chǎn)轉(zhuǎn)輪凹版印刷所用的高質(zhì)量涂布紙。該沉淀碳酸鈣優(yōu)選文石質(zhì)的，其長寬比或縱橫比高并具有多重模態(tài)粒徑分布。在單獨或結(jié)合粘土、滑石、或粘土/滑石混合物用于涂料配方時，本發(fā)明的碳酸鹽相對通常的涂布級碳酸鹽可提高漏點性能，因此在生產(chǎn)輕量涂布(LWC)轉(zhuǎn)輪凹版紙時特別有利。
本發(fā)明的背景目前廣泛使用三種工業(yè)方法將印刷油墨施用到紙上，即，膠印、凸版印刷(和柔性凸版印刷)、和凹版印刷。在膠印時，印刷板具有親水或“喜水”非印刷區(qū)和憎水或“厭水”印刷區(qū)，因此是“平版印刷”，即，板的親水和憎水區(qū)都在同一面中，所以該板沒有凸紋。在印刷時，印刷板并不直接與印刷紙接觸，而是將著墨圖像轉(zhuǎn)移到橡膠層上，然后橡膠板將圖像作用到紙上。因此，該方法是一種非直接的、或轉(zhuǎn)移的方法，也稱作轉(zhuǎn)移印刷。膠印印刷板首先用水基調(diào)濕溶液潤濕，該溶液優(yōu)先被板的親水部分所吸收并被憎水部分所排斥。然后，將該板與裝有印刷油墨的橡膠輥接觸，所述印刷油墨被板的親水區(qū)排斥并被憎水區(qū)所接受。
膠印的一個明顯優(yōu)點是能夠適合在較粗糙的紙上印刷，因為它使用了可壓縮從而使印刷油墨與紙表面可精密接觸的橡膠印刷層。在用于膠印的紙的涂料中，常用顏料包括碳酸鈣和粘土。
凸版印刷和柔性凸版印刷都是凸印方法，其中板的著墨圖像部分相對板的周圍非著墨部分被升高。凸版印刷通常是一種直接印刷方法，其中將板與紙直接接觸。生產(chǎn)凸版印刷板所需的高雕版成本嚴(yán)重限制了該方法。
凹版印刷是一種凹雕法，其中圖像區(qū)包含蝕刻進(jìn)入金屬印刷板中以保留印刷油墨的凹進(jìn)單元。將油墨施用到板上，充滿這些單元，其中每個單元所含的油墨量由該單元的深度確定。在將油墨施用到凹板之后，用刮刀擦拭該板以從光滑平坦的非圖像區(qū)去除油墨。在最常見的凹版印刷中，使用連續(xù)紙輥或紙卷進(jìn)行印刷，因此稱作轉(zhuǎn)輪凹印。盡管制備凹印板或圓筒的成本遠(yuǎn)高于膠印板的制備成本，但轉(zhuǎn)輪印刷運行壽命通常較長，這抵消了凹印板的制備成本。
由于轉(zhuǎn)輪凹印是一種直接印刷法，因此如果紙易于吸干凹進(jìn)單元中的油墨而不需要在紙與印刷板之間形成過量壓力，就能取得最好的結(jié)果。因此，為了得到可接受的轉(zhuǎn)輪凹印效果，需要紙具有合適的吸墨性能和良好的光滑性。需要光滑且可壓縮的紙以使紙表面與單元進(jìn)行適當(dāng)接觸，這樣可將印刷板中的每個凹板單元適當(dāng)排液。只要紙表面和該單元接觸不好，單元就不會適當(dāng)排液，導(dǎo)致稱作“漏點”的問題。因此，對非常光滑紙的需求主要限制了轉(zhuǎn)輪凹印的應(yīng)用。
良好的光滑性通常通過本領(lǐng)域稱作“纖維覆蓋(fiber coverage)”的方法而在轉(zhuǎn)輪凹印紙上達(dá)到。在北美凹印配方中，纖維覆蓋一般這樣實現(xiàn)，即，使用大的扁平粘土，如脫層粘土以形成將纖維橋接在紙中的結(jié)構(gòu)。在歐洲，通常使用滑石作為有效橋接顏料。纖維覆蓋度可通過使用結(jié)構(gòu)顏料，如煅燒粘土而提高，這樣可提高涂層的松厚，而且還能提高可壓縮性。
碳酸鹽由于許多原因而很少用于轉(zhuǎn)輪凹印紙，包括高漏點、粗糙度增加、且光澤低。此外，大多數(shù)LWC轉(zhuǎn)輪凹印紙仍然通過酸造紙法而得到，而且碳酸鹽在用作填料時往往在酸造紙工藝所用酸性介質(zhì)中分解。結(jié)果，酸造紙工藝僅能容許少量的碳酸鹽才能不出現(xiàn)嚴(yán)重的工藝問題。因此，即使碳酸鈣可用作涂布顏料，但只要限制暴露于酸性條件，那么已有技術(shù)就會教導(dǎo)，不應(yīng)在轉(zhuǎn)輪凹印紙中使用碳酸鈣。
相關(guān)技術(shù)英國專利申請GB2139606公開了一種可作為用于凹印紙的高固體含量涂布顏料的碳酸鈣涂布顏料，該顏料包含50-70％重量的小于1μm的顆粒、小于10％的小于0.2μm的顆粒，且BET比表面積小于10米2/克。優(yōu)選顆粒是磨碎的，且其形狀與磨碎碳酸鈣一致。
但美國專利5120365教導(dǎo)，DE-OS P3316949.7(GB2139606的優(yōu)先權(quán)文件)所公開的碳酸鈣顏料由于漏點數(shù)目太大且紙的光澤太低而尚不能實際用于凹版印刷。美國專利5120365還教導(dǎo)，通常的凹印涂料粘土，如高嶺土和“超級粘土”(一種英國高嶺土)的適印性非常好，但其流變性能不好且粘合劑需要較高，因此只能在低固體含量場合中應(yīng)用，且光澤低。
美國專利5120365公開了一種顏料混合物，其中包含40-80％重量的碳酸鈣和/或白云石和20-60％重量的滑石、一種滑石-高嶺土混合物、或滑石-云母混合物，其中滑石-高嶺土或滑石-云母混合物中50-80％重量的滑石的粒徑分布為80-100％小于20μm，25-70％小于2μm，12-40％小于1μm，0.1-12％小于0.2μm，且碳酸鈣或白云石的粒徑分布為95-100％小于10μm，60-98％小于2μm，15-80％小于1μm，0.1-20％小于0.2μm，其中顆粒尺寸對應(yīng)于球體直徑。纖維覆蓋可通過提高含碳酸鈣涂料的施用固體量而產(chǎn)生。較高的固體用量已知可提高光滑性。
GB2139606和美國專利5120365還引用了兩篇文件，其中強(qiáng)烈建議反對使用碳酸鈣作為用于凹印紙的涂布顏料1)Dr.Ken Beazley，How Developments in Coating Pigments AffectPaper Printability(涂布顏料的應(yīng)用如何影響紙的適印性)，ECCInternational，an in-house periodical(一種內(nèi)部期刊)，1981，1-2頁敘述，碳酸鈣是一種比高嶺土粘土要差的用于凹印紙的涂布顏料，而且強(qiáng)調(diào)碳酸鈣的適印性不好。
2)Possibilities and Limitations of High Solids Colors(高固體含量色料的可能性和限制)，1979 TAPPI Coating ConferenceProceedings，39頁敘述，在使用磨碎碳酸鈣時，適印性不如使用相同或較高固體含量的高嶺土。
美國專利5478388在第一方面提出了一種紙涂布顏料，它包含(a)10-100％重量的第一紙涂布顏料，其粒徑分布使得至少75％重量的顆粒具有小于2μm的等效球徑，且至少60％具有小于1μm的等效球徑，其中等效球徑大多小于1μm的部分的平均顆?？v橫比為25∶1或更高，優(yōu)選40∶1或更高，和(b)最高90％重量的第二涂布顏料。
在第二方面，美國專利5478388提出了一種紙涂布顏料，其粒徑分布使得至少45％重量的顆粒具有小于2μm的等效球徑，且顆粒縱橫比的分布使得，如果顏料要進(jìn)行粒徑分離以將顏料分成第一部分(由等效球徑大多大于1μm的顆粒組成)和第二部分(等效球徑大多小于1μm)，那么每部分的平均縱橫比大于25∶1。
在第三方面，美國專利5478388提出了一種提高紙涂料組合物的留著性能和/或提高高速運轉(zhuǎn)性能的方法，其中包括這樣一個步驟，即，明顯提高紙涂布顏料中粒徑小于1μm的部分的縱橫比。
仍然需要用于轉(zhuǎn)輪凹印紙的改進(jìn)的涂料級碳酸鈣顏料。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明涉及涂有一種涂布顏料的紙，該涂布顏料包含文石質(zhì)沉淀碳酸鈣(PCC)顆粒，其縱橫比為約3∶1-15∶1，優(yōu)選約4∶1-7∶1，且具有多重模態(tài)粒徑分布，優(yōu)選雙模或三模。這種文石質(zhì)沉淀碳酸鈣的量優(yōu)選約20-100％重量。本發(fā)明的涂布紙?zhí)貏e適用于凹版印刷。
本發(fā)明還涉及一種制備涂布紙的方法，其中包括，制備出文石質(zhì)PCC顏料，然后將該顏料施用到紙原料中。
文石質(zhì)PCC的粒徑分布形態(tài)使得，約0-25％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑，約40-60％的顆粒具有約0.4-1.0μm的等效球徑，約10-35％的顆粒具有約1-3μm的等效球徑，和約0-20％的顆粒具有約3-10μm的等效球徑。該形態(tài)優(yōu)選使得，約5-15％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑，約45-55％的顆粒具有約0.4-1.0μm的等效球徑，約25-35％的顆粒具有約1-3μm的等效球徑，約5-10％的顆粒具有約3-10μm的等效球徑。在另一種優(yōu)選的分布形態(tài)中，約15-25％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑，約55-65％的顆粒具有約0.4-1.0μm的平均等效球徑。約10-20％的顆粒具有約1-3μm的等效球徑，約0-10％的顆粒具有約3-10μm的等效球徑。
通常，沉淀碳酸鈣的比表面積為約4-15米2/克，其總體粒徑分布使得，基本上所有的顆粒，即，約100％的顆粒具有小于約15μm的等效球徑，約70-95％的顆粒具有小于約2μm的等效球徑，約50-85％的顆粒具有小于約1μm的等效球徑，且小于35％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑。優(yōu)選的是，沉淀碳酸鈣的比表面積為約5-7米2/克，其總體粒徑分布使得，基本上所有的顆粒具有小于約8μm的等效球徑，約75-85％的顆粒具有小于約2μm的等效球徑，約55-80％的顆粒具有小于約1μm的等效球徑，且小于約15％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑。另一種優(yōu)選沉淀碳酸鈣的比表面積為約6-8米2/克，其總體粒徑分布使得，基本上所有的顆粒具有小于約8μm的等效球徑，約85-95％的顆粒具有小于約2μm的等效球徑，約75-85％的顆粒具有小于約1μm的等效球徑，且小于約25％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑。
本發(fā)明的沉淀碳酸鈣顏料還可與氧化鈦、滑石、煅燒粘土、緞光白、塑性顏料、三水合鋁、云母或其混合物一起使用。其它有用的添加劑包括約5-10％重量的合成膠乳粘合劑，如苯乙烯/丁二烯或丙烯酸系粘合劑、約2-5％的淀粉助粘劑，約0.1-1.5％的增稠劑，如羧甲基纖維素、羥甲基纖維素、或聚丙烯酸酯，最高約0.5％重量的淀粉不溶粘料(insolubilizer)，如蜜胺/甲醛樹脂、和約0.5-1.5％重量的硬脂酸鈣潤滑劑。
附圖的簡要描述

圖1是質(zhì)量分布相對直徑的圖，表示本發(fā)明用于涂布顏料的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣的多重模態(tài)粒徑分布。
本發(fā)明的詳細(xì)描述除非另有所指，所指的所有份數(shù)或百分?jǐn)?shù)都是重量計的。
本發(fā)明涉及一種用于凹版印刷的高質(zhì)量涂布紙。碳酸鈣優(yōu)選文石質(zhì)的，即，結(jié)晶碳酸鈣為正交晶系形式，并具有高縱橫比，約3∶1-15∶1，優(yōu)選約4∶1-7∶1，而且還具有多重模態(tài)粒徑分布。盡管具有雙模粒徑分布的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣可用于本發(fā)明的涂布顏料，但粒徑分布優(yōu)選至少雙?；蛉?。在單獨或與粘土、滑石、或粘土與滑石的混合物結(jié)合使用時，本發(fā)明的沉淀碳酸鈣相對通常已有技術(shù)的涂料級碳酸鈣具有改進(jìn)的漏點性能，因此特別有利于輕量涂布(LWC)凹印紙的生產(chǎn)。
在本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣中，文石質(zhì)顆粒形狀與多重模態(tài)粒徑分布的獨特結(jié)合可產(chǎn)生纖維覆蓋作用和相應(yīng)的凹印適印性。盡管窄粒徑分布可產(chǎn)生良好的纖維覆蓋(通過光滑性測量而得到)，但一系列試驗已意想不到地表明，單獨的窄粒徑分布并不足以優(yōu)化漏點性能。本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣可提供漏點性能，這是因為所述顏料的獨特多重模態(tài)分布可產(chǎn)生涂布松厚(coating bulk)、可壓縮性、和光滑性，同時高縱橫比可橋接纖維，從而提高平坦度和光滑性。這些因素結(jié)合起來可提高漏點性能、滿足或超過常規(guī)粘土-基和滑石-基凹印配方的性能。
此外，在配制、施用、整飾、物理性能和適印性上，本發(fā)明的沉淀碳酸鈣顏料相對粘土、滑石、和常規(guī)磨碎和非文石質(zhì)沉淀碳酸鈣凹印顏料具有其它明顯優(yōu)點。
在配制過程中，本發(fā)明文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料使配制更方便，包括與干滑石共分散、降低Brookfield和/或Hercules粘度，生產(chǎn)較高固體含量的涂料，并更有效地干燥。涂料的應(yīng)用由于涂料粘度的降低而得以改善，使得可以使用較高固體含量的涂料。這種涂料所產(chǎn)生的改進(jìn)的不透明性排除了配方中的煅燒粘土，從而提高了刀口的清潔度。
對于整飾，本發(fā)明沉淀碳酸鈣顏料可改進(jìn)不透明性、減少或排除涂料中的二氧化鈦TiO2。作為涂料配方中的常用成分，二氧化鈦由于其尺寸小而是一種特別難以“粘聚(glue-down)”的顏料。TiO2與用于凹印級的低含量粘合劑之間粘附性不好，造成TiO2在多輥壓延機(jī)中的“榨取”現(xiàn)象。此外，由于本發(fā)明顏料的上光性能優(yōu)于磨碎碳酸鈣，因此可提高多輥壓延機(jī)的速度或降低壓力。
紙性能的改進(jìn)之處包括，由于形成一種可有效散射光的開式涂層結(jié)構(gòu)而提高不透明性，且由于材料本身具有較高的亮度和改進(jìn)的散射光性能而提高亮度。光學(xué)性能的提高減少或排除了煅燒粘土、TiO2和/或光學(xué)增亮劑，這樣可降低涂料的成本。
涂有本發(fā)明顏料的紙具有改進(jìn)的漏點性能，能夠通過選擇粒徑而控制涂層結(jié)構(gòu)的孔徑以優(yōu)化印刷性能，提高孔隙率，而且在將本發(fā)明文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料與滑石進(jìn)行混合時，能夠控制紙的摩擦系數(shù)以將紙很好地用于大的轉(zhuǎn)輪凹印紙軸上。
采用本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料(單獨或與粘土和/或滑石混合)，可改進(jìn)涂布效果。該顏料的沉淀碳酸鈣含量可以占涂料配方的約20-100％?？梢圆捎幂^低含量的其它顏料，如TiO2、煅燒粘土、緞光白、塑性顏料、三水合鋁、云母或其它常用無機(jī)顏料以賦予涂布紙以特殊品質(zhì)，如亮度或不透明性。
本發(fā)明的顏料混合物可特別有利地用于轉(zhuǎn)輪凹印紙，而且還包含約5-10％重量(干重為基，基于100份的干無機(jī)顏料)的合成膠乳粘合劑，優(yōu)選苯乙烯/丁二烯或丙烯酸型，該粘合劑還可包含約2-5％的淀粉作為助粘劑。
通常，該顏料混合物還包含約0.5-1.5％的硬脂酸鈣作為潤滑劑。含淀粉的配方還可包含最高約0.5％的淀粉不溶粘料，如蜜胺/甲醛樹脂或其它常用的不溶粘料。該涂料還可包含使涂料最終水含量達(dá)到約50-65％所需量的稀釋水。該涂料還可包含約0.1-1.5％的增稠劑，如羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、或聚丙烯酸酯。
為了制備本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣，通過將水?dāng)嚢杓尤胙趸}(CaO)中而制備石灰(Ca(OH)2)漿液或熟石灰的乳狀物。優(yōu)選將至少約40℃(攝氏度)的約10份水加入1份CaO中，得到固體含量為基于溶液中Ca(OH)2重量的約11％的熟石灰。將熟石灰過篩以去除砂石，通常使用可去除約+60目砂石的篩子，然后將熟石灰的溫度調(diào)節(jié)至約50℃。加入干文石，如M60文石(來自位于St.Genevieve，Missouri的Mississippi Lime Company)，然后攪拌熟石灰約15分鐘。文石的加入量優(yōu)選相當(dāng)于從熟石灰中得到的沉淀碳酸鈣總量的約5％。然后在劇烈攪拌下加入二氧化碳?xì)怏w。氣流速率應(yīng)足以在約3小時內(nèi)將基本上所有的Ca(OH)2轉(zhuǎn)化成CaCO3，形成固體含量約14％的沉淀碳酸鈣漿液。碳酸化在pH值達(dá)到7時完成，這時停止二氧化碳(CO2)氣流。通常，每千克所得的沉淀碳酸鈣需要約9-10英尺3的CO2。然后可將產(chǎn)物脫水至固體含量約70％，得到可用常見分散劑，如聚丙烯酸鈉處理并分散在平葉片或類似分散裝置中的餅。
圖1給出了本發(fā)明文石質(zhì)沉淀碳酸鈣樣品的沉降圖數(shù)據(jù)，其中將給定尺寸范圍內(nèi)的顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)對等效球徑作圖。從圖上三個明顯不同的峰可清楚地看出多重模態(tài)粒徑分布，集中于約0.6μm、約2μm和約5μm處，大多數(shù)顆粒在約0.6μm范圍內(nèi)。測量得到圖1數(shù)據(jù)的沉淀碳酸鈣的粒徑分布多重模態(tài)性使得，約7.3％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑，51.4％的顆粒具有約0.4-1.0μm的等效球徑，21.8％的顆粒具有約1-3μm的等效球徑，18.5％的顆粒具有約3-10μm的等效球徑。一般來說，本發(fā)明沉淀碳酸鈣的粒徑分布多重模態(tài)性使得，約0-25％，優(yōu)選約5-15％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑，約40-60％，優(yōu)選約45-55％的顆粒具有約0.4-1.0μm的等效球徑，約15-35％，優(yōu)選約25-35％的顆粒具有約1-3μm的等效球徑，和約0-20％，優(yōu)選約5-10％的顆粒具有約3-10μm的等效球徑。在另一種優(yōu)選的多重模態(tài)性中，約15-25％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑，約55-65％的顆粒具有約0.4-1.0μm的平均等效球徑。約10-20％的顆粒具有約1-3μm的等效球徑，約0-10％的顆粒具有約3-10μm的等效球徑。
用于本發(fā)明顏料的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣的總體粒徑分布(使用沉降技術(shù)測定)使得，基本上所有的顆粒具有小于約15μm的等效球徑，約70-95％的顆粒具有小于約2μm的等效球徑，約50-85％的顆粒具有小于約1μm的等效球徑，且小于35％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑。文石質(zhì)沉淀碳酸鈣的總體粒徑分布優(yōu)選使得，基本上所有的顆粒具有小于約8μm的等效球徑，約75-85％的顆粒具有小于約2μm的等效球徑，約55-80％的顆粒具有小于約1μm的等效球徑，且小于約15％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑。另一種優(yōu)選的沉淀碳酸鈣具有約6-8米2/克的比表面積，且其總體粒徑分布使得，基本上所有的顆粒具有小于約8μm的等效球徑，約85-95％的顆粒具有小于約2μm的等效球徑，約75-85％的顆粒具有小于約1μm的等效球徑，且小于25％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑。
通常，沉淀碳酸鈣顆粒的縱橫比為約3∶1-15∶1，優(yōu)選約4∶1-7∶1，且比表面積為約4-15米2/克，優(yōu)選約5-7米2/克。
實施例以下非限定性實施例僅用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，因此不應(yīng)認(rèn)為是對本發(fā)明的限定，而本發(fā)明的范圍則由所附權(quán)利要求所確定。
在以下實施例中，本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣通過在機(jī)械攪拌下將水加入氧化鈣(CaO)中制得的石灰(Ca(OH)2)漿液(熟石灰)的乳狀物制成。優(yōu)選將至少40℃(攝氏度)的10份水加入1份CaO中，得到固體含量為基于漿液中Ca(OH)2重量的約11％的熟石灰。將熟石灰過篩以去除砂石，通常使用可去除約+60目砂石的篩子，然后將熟石灰的溫度調(diào)節(jié)至約50℃。然后加入干文石，如M60文石(來自位于St.Genevieve，Missouri的Mississippi Lime Company)，然后攪拌熟石灰約15分鐘。文石的加入量優(yōu)選相當(dāng)于從熟石灰中得到的沉淀碳酸鈣總量的約5％。然后在劇烈攪拌該混合物的同時將二氧化碳(CO2)氣體加入熟石灰中。CO2的速率應(yīng)足以在約3小時內(nèi)將基本上所有的Ca(OH)2轉(zhuǎn)化成CaCO3，形成固體含量約14％的沉淀碳酸鈣漿液。碳酸化在pH值達(dá)到7時完成，這時停止供應(yīng)二氧化碳(CO2)氣流。通常，每千克所得的沉淀碳酸鈣需要約9-10英尺3的CO2。然后可將產(chǎn)物去水至固體含量約70％，得到可用常見分散劑，如聚丙烯酸鈉處理并分散在平葉片或類似分散裝置中的餅。
實施例1使用包含7份苯乙烯/丁二烯膠乳、3份羥乙基化淀粉、和1份硬脂酸鈣潤滑劑的粘合劑來制備包含90份脫層粘土和10份煅燒粘土的典型對比粘土。在實驗配方中，使用30份沉淀碳酸鈣替代典型涂布顏料混合物中所有的煅燒粘土和20份脫層粘土。每種沉淀碳酸鈣顏料配方都包含相同的粘合劑。PCC-1不同于PCC-2和PCC-3，它具有PCC-2和PCC-3所沒有的多重模態(tài)粒徑分布和高縱橫比。PCC-2和PCC-3是比本發(fā)明文石質(zhì)沉淀碳酸鈣在顆粒形狀上更成塊且粒徑分布更窄的沉淀碳酸鈣。
PCC-2是一種具有單模粒徑分布的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣，其縱橫比為約1∶1-2∶1，且平均粒徑為約0.4μm。PCC-3是一種具有成塊性質(zhì)的沉淀方解石，具有單模粒徑分布且縱橫比為約1∶1-2∶1。作為對比，PCC-1是按照本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣，具有類似于圖1所示的三模粒徑分布且縱橫比為約4∶1-7∶1。
配制出固體含量約60％的顏料涂料，然后測定百分固體含量和水留著性能(通過AA-GWR法(Kaltec Scientific，USA)測定)。將涂膜涂在不透的、光滑黑色玻璃背景之上，然后測定涂覆重量和膜在580納米上的反射率，得到散射系數(shù)。在每分鐘10、20、50和100轉(zhuǎn)(rpm)的速度下，使用Brookfield RVT型粘度計來測定低剪切粘度(以厘泊表示)。使用來自Kaltec Scientific，USA的Hercules高剪切粘度計來測定高剪切粘度。Hercules粘度是使用以下條件進(jìn)行的E擺錘，400000達(dá)因·厘米/厘米的彈簧常量，0-4400rpm，室溫。涂料的配方數(shù)據(jù)在表1中給出。
表1
>*-按照本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣使用Cylindrical Laboratory Coater(CLC-6000)，以2200英尺/分鐘(700米/分鐘)的速度，將上述顏料涂料施用到27磅/令(40克/米2)的含碎木的LWC原料中。涂布重量的目標(biāo)值為4磅/令(6克/米2)。在1050磅/直線英尺(705千克/米)和105°F(65.5℃)下，將涂布片材進(jìn)行2個壓區(qū)(夾持點)的多輥壓延，以賦予對比粘土以約55個點的片材光澤。
使用Heliotest漏點法，在IGT印刷試驗機(jī)上，評估涂布紙的轉(zhuǎn)輪凹印適印性。涂布紙的標(biāo)準(zhǔn)測試包括紙光澤、印刷光澤、亮度和不透明性。這些測試的結(jié)果在表2中匯總。
表2
*-按照本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料實施例1的結(jié)果表明，本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料可在涂布色料中產(chǎn)生優(yōu)異的流變性能。涂布紙實驗表明，沉淀碳酸鈣顏料所得到的光學(xué)性能，如亮度、不透明性和片材光澤相當(dāng)于通過粘土所得到的結(jié)果。但無論與對比粘土還是與非文石質(zhì)沉淀碳酸鈣相比，本發(fā)明顏料還產(chǎn)生了改進(jìn)的光滑性和轉(zhuǎn)輪凹印適印性。作為一種附加有益效果，文石質(zhì)沉淀碳酸鈣在涂料中的應(yīng)用可省去10份的煅燒粘土，這明顯節(jié)約了成本。
實施例2再次將PCC-1的性能與類似于實施例1所用的對比粘土進(jìn)行比較。在這種情況下，對比配方和實驗配方都包含5份TiO2以提高不透明性和亮度。
在每個實驗配方中，使用30份沉淀碳酸鈣顏料，并排除了煅燒粘土。將沉淀碳酸鈣顏料用于通常包含脫層粘土的體系中，而且還用于包含已開發(fā)用于生產(chǎn)轉(zhuǎn)輪凹印紙的涂料級滑石的體系中。顏料配方在表3中給出。
表3
按照本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料脫層粘土和煅燒粘土都是干粉形式使用。在制備顏料配方中，使用常規(guī)的平葉片(Cowles-型)混合器，將脫層粘土分散至70％固體含量，將煅燒粘土分散至50％固體含量。通過以1∶1的比率將干滑石直接加入沉淀碳酸鈣漿液中，使用2％的非離子EO/PO表面活性劑和0.2％的聚丙烯酸鈉分散劑，將涂料級滑石分散在Cowles混合器中，固體含量為70-77％。
所用粘合劑為7份苯乙烯/丁二烯膠乳和3份羥乙基化淀粉。以0.1份的含量使用羥乙基纖維素增稠劑以調(diào)節(jié)粘度。以盡可能最高的固體含量制備出涂料，然后稀釋以近似相當(dāng)于對比樣的Hercules粘度。所測顏料的涂料配方數(shù)據(jù)在表4中給出。
表4
*-按照本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料制備之后，使用Cylindrical Laboratory Coater(CLC-6000)，以2200英尺/分鐘(700米/分鐘)的速度將涂料施用到27磅/令(40克/米2)的含碎木的LWC原料中。涂布重量的目標(biāo)值為4磅/令(6克/米2)。設(shè)定涂布紙的壓光條件以得到約50個點的片材光澤，這與對比粘土相同。
使用Heliotest漏點法，在IGT印刷試驗機(jī)上，評估涂布紙的轉(zhuǎn)輪凹印適印性。涂布紙的標(biāo)準(zhǔn)測試包括紙光澤、印刷光澤、亮度和不透明性。涂布紙的測試數(shù)據(jù)在表5中給出。
表5
*-按照本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料類似實施例1，這些數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明的涂布顏料提高了轉(zhuǎn)輪凹印適印性，而且還表明，文石質(zhì)沉淀碳酸鈣涂布顏料還可結(jié)合滑石和TiO2用于生產(chǎn)在轉(zhuǎn)輪凹印適印性上性能優(yōu)異的紙張。
實施例3將包含PCC-1并結(jié)合滑石或涂布粘土的配方與PCC-3結(jié)合粘土、以及磨碎碳酸鈣(GCC)結(jié)合粘土?xí)r的配方進(jìn)行性能比較。GCC是一種具有寬的單模粒徑分布且縱橫比為約1∶1-2∶1的天然磨碎方解石。用于每種配方中的粘土為DB Plate脫層粘土，滑石為Finntalc C10(來自芬蘭的市售涂料級滑石)。脫層粘土和滑石分別以分散漿液形式使用，脫層粘土的固體含量為約70％，且滑石的固體含量為約65％。實施例3的顏料配方在表6中給出。
表6
*-按照本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料制備出約61.5％固體含量的涂料，其中包括一種含有6份苯乙烯/丁二烯的粘合劑。涂料配方數(shù)據(jù)在表7中給出。
表7
<p>*-按照本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料使用試驗涂布機(jī)，以4000英尺/分鐘(1200米/分鐘)的速度，將涂料施用到27磅/令(40克/米2)碎木LWC原料中。將約6.8磅/令(10克/米2)的涂布重量施用到網(wǎng)面上，然后制備出正面涂層的涂布重量為5.4、6.8和8.1磅/令(8、10和12克/米2)的紙樣品。使用Heliotest漏點法，在IGT印刷試驗機(jī)上，評估涂布紙的轉(zhuǎn)輪凹印適印性。涂布紙的標(biāo)準(zhǔn)測試包括紙光澤、印刷光澤、亮度和不透明性。將涂布紙性能的數(shù)據(jù)作圖，然后由最優(yōu)擬合圖內(nèi)推出6.8磅/令時的數(shù)據(jù)。結(jié)果在表8中給出。
表8<
>*-按照本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料結(jié)果表明，與磨碎碳酸鈣顏料相比，本發(fā)明的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣涂布顏料具有優(yōu)異的適印性和光滑性。
盡管本文所公開的發(fā)明足以實現(xiàn)上述目的，但應(yīng)該理解，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可設(shè)計出許多變型和實施方案。因此，這意味著所附權(quán)利要求覆蓋了落入本發(fā)明主旨和范圍內(nèi)的所有這些變型和實施方案。
權(quán)利要求
1.涂有一種顏料的紙，該顏料包含其縱橫比為約3∶1-15∶1且具有多重模態(tài)粒徑分布的文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的紙，其中所述文石質(zhì)沉淀碳酸鈣的形態(tài)使得，約0-25％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑，約40-60％的顆粒具有約0.4-1.0μm的等效球徑，約10-35％的顆粒具有約1-3μm的等效球徑，約0-20％的顆粒具有約3-10μm的等效球徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的紙，其中所述文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料的形態(tài)使得，約5-15％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑，約45-55％的顆粒具有約0.4-1.0μm的等效球徑，約25-35％的顆粒具有約1-3μm的等效球徑，約5-10％的顆粒具有約3-10μm的等效球徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的紙，其中所述文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料的形態(tài)使得，約15-25％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑，約55-65％的顆粒具有約0.4-1.0μm的等效球徑，約10-20％的顆粒具有約1.0-3.0μm的等效球徑，約0-10％的顆粒具有約3-10μm的等效球徑。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項的紙，其中所述文石質(zhì)碳酸鈣的縱橫比為約4∶1-7∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的紙，其中所述文石質(zhì)沉淀碳酸鈣的比表面積為4-15米2/克，其總體粒徑分布小于約15μm的等效球徑，其中約70-95％的顆粒具有小于約2μm的等效球徑，約50-85％的顆粒具有小于約1μm的等效球徑，且小于35％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的紙，其中所述文石質(zhì)沉淀碳酸鈣的比表面積為約5-7米2/克，其總體粒徑分布小于約8μm的等效球徑，其中約75-85％的顆粒具有小于約2μm的等效球徑，約55-80％的顆粒具有小于約1μm的等效球徑，且小于約15％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的紙，其中所述文石質(zhì)沉淀碳酸鈣的比表面積為約6-8米2/克，其總體粒徑分布使得，基本上所有的顆粒具有小于約8μm的等效球徑，約85-95％的顆粒具有小于約2μm的等效球徑，約75-85％的顆粒具有小于約1μm的等效球徑，且小于約25％的顆粒具有小于約0.4μm的等效球徑。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項的紙，其中所述文石質(zhì)沉淀碳酸鈣的量為約20-100％重量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的紙，它還包含二氧化鈦、滑石、煅燒粘土、緞光白、塑性顏料、三水合鋁、云母或其混合物。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項的轉(zhuǎn)輪凹印用紙，它還包含約5-10％重量的合成膠乳粘合劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的紙，其中所述合成膠乳粘合劑為苯乙烯/丁二烯或丙烯酸系粘合劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的紙，它還包含約2-5％的淀粉助粘劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的紙，它還包含最高約0.5％重量的淀粉不溶粘料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的紙，其中所述淀粉不溶粘料為蜜胺/甲醛樹脂。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項的紙，它還包含約0.5-1.5％重量的硬脂酸鈣潤滑劑。
17.一種制備用于轉(zhuǎn)輪凹印用紙的方法，它包括，制備出如權(quán)利要求1-9中任何一項所述的顏料，然后將該顏料的涂料施用到紙原料中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)輪凹印的涂有涂布顏料的紙、以及一種用于制備這種紙的方法。此外,本發(fā)明涉及一種用于制備文石質(zhì)沉淀碳酸鈣顏料的方法,所述顏料可用于涂布轉(zhuǎn)輪凹印用紙。本發(fā)明還涉及其縱橫比為約3∶1－15∶1,優(yōu)選約4∶1－7∶1且具有多重模態(tài)粒徑分布(優(yōu)選雙模或三模)的沉淀碳酸鈣顆粒。該文石質(zhì)沉淀碳酸鈣的量優(yōu)選為約20－100%重量。通常,該文石質(zhì)沉淀碳酸鈣的比表面積為4－15米
文檔編號D21H19/38GK1260016SQ98806001
公開日2000年7月12日 申請日期1998年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月16日
發(fā)明者W·J·哈絲金斯, E·J·奧斯特胡伯 申請人:礦業(yè)技術(shù)有限公司