CN101237996A - 单张纸胶版印刷用的涂布纸 - Google Patents
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Abstract
本发明特别是,但不唯一地,涉及一种在纸基材上带有图像接收涂层的用于单张纸胶版印刷的单层或多层涂布印刷纸张张。所述印刷纸张具有在胶版印刷工艺中可以不在纸张上喷涂通常称为抗粘脏粉末或除尘粉末的细粉末而印刷的性质,所述粉末在离开印刷机时防止油墨转移到邻近纸张的背面。此外,在单张纸印刷时辐射(UV或IR)干燥不是必要的和/或不要求使用罩印清漆。除此之外,可以获得再次印刷和加工前意料不到的短时间。此外,公开制造这种印刷纸张的方法和这种印刷纸张的用途。
Description
技术领域
本发明特别是,但不唯一地,涉及一种具有在纸基材上的图像接收涂层的用于单张纸胶版印刷的单层或多层涂布印刷纸。此外本发明涉及生产这类涂布印刷纸的方法和这类涂布印刷纸的用途。
背景技术
在单张纸胶版印刷领域,希望能够尽可能快地进一步加工新印刷出的纸张,同时还能够使得印刷油墨固定在纸的表面中和表面上从而获得所需的印刷光泽和分辨率。本文一方面是关于物理油墨干燥过程,这与油墨载色体的实际吸收进入图像接收涂层有关,例如通过该图像接收涂层中具有的孔或特殊的微孔系统。另一方面,是所谓的化学油墨干燥,这与油墨接收层表面中和表面上的油墨固化有关,其通常是由于油墨的可交联组份的氧化交联(涉及到氧)而发生。这种化学干燥过程一方面能够通过红外照射辅助,另一方面也可以通过将催化支持交联过程的特殊化学品加入油墨中而得到加速。在施加油墨后的最初阶段物理干燥越有效,化学干燥发生得越快和越有效率。
目前,直到加工时间和再次印刷的时间典型地在几个小时范围内(直到标准印刷版面的再次印刷的通常值:约1-2h;直到标准印刷版面加工的通常值:12-14h;无光泽纸在这些方面比光泽纸更加关键),这是当今油墨和/或造纸技术的严重缺陷,原因是其减慢了印刷过程并使得必须中间储存。目前,例如如果在印刷阶段后使用电子束固化或紫外辐照,则更短的时间是可能的,但对于电子束或紫外辐照的应用而言,在印刷过程中和之后需要特殊的油墨和特殊的设备,这引起高的成本和额外的困难。
发明内容
因此本发明的目的是提供特别用于单张纸胶版印刷的单涂布的或多涂布的改进的印刷纸张。该印刷纸张在纸基材上设置有图像接收涂层,与现有工艺相比,该印刷纸张允许简化印刷过程并提供非常更短的再次印刷时间和加工时间,然而同时具有优良的纸质量和印刷质量,例如光泽和印刷光泽。
传统上,在胶版印刷工艺中,通常在印刷过程中使用所谓的粘脏(setoff)粉末以实现再次印刷和加工。后者的粉末,也称为抗粘脏粉末(anti setoff powder)、抗胶版印刷粉末(anti-offset powder)、胶版印刷粉末(offset powder)、粉末和喷涂粉末,其是当纸张离开印刷机时稍微喷涂在涂布纸的印刷表面上的细粉末。它们基本上用于防止油墨转移到邻近纸张的背面。当这种粉末喷洒在印刷表面上时,其防止基材的前面或印刷侧与邻近基材的背面或未印刷侧紧密接触。淀粉颗粒作为隔离物。
因此,在使用需要固化和氧化(即,物理和化学干燥)以达到其最终性能的油墨的加工应用中,胶版印刷粉末明显起着非常重要的作用。尽管胶版印刷粉末非常有益,但是其也可能带来有害的特征。在当需要完美表面外观时进一步加工印刷底材的应用中,使用粘脏粉末可能是不合适的。例如在利用粘合剂将印刷底材层合到透明膜上的情况下。该应用可以是标签(label),在该标签上需要光泽度和光学完美的外观。胶版印刷粉末的撒粉起的作用类似于尘垢或其它污染物的喷洒:将会在层制品中产生表面缺陷并严重损坏最终的外观。它们夹在层制品中并导致“凸凹不平”的外观。这可能是很小规模的,但是在靠近观察时它通常足以导致不能令人满意的外观。另一种可能不适合使用胶版印刷粉末的应用是在用于制备在模内(in-mould)标签工艺中所用的标签的印刷基材上。在该工艺中,在塑料基材上印刷的标签在模制操作期间成为注射模塑或吹塑模塑容器的整体部分。对于流行的“无标签”外观,光学特征必须使得消费者在任何情况下不能够看到标签。胶版印刷粉末、灰尘、或任何类似物的斑点将损害这种标签的外观并使其不令人满意。
然而,迄今为止,一直认为这种胶版印刷粉末的使用是不可避免的。令人惊奇的是,现在已经发现,与本领域技术人员的预想完全相反,我们已经发现完全可以不使用这种胶版印刷粉末,并相应地避免与这些粉末相关的问题,并且还可以避免使用任何另外的干燥步骤或罩印清漆的必要,本领域技术人员从来根本不会想到这完全是可能的。
本发明相应地提出在纸基材上具有图像接收涂层的用于单张纸胶版印刷的印刷纸张,其特征在于在胶版印刷工艺中,可以不在纸张上喷涂细粉末来印刷纸张,当纸张离开印刷机时细粉末防止油墨转移到邻近纸张的背面。
这种负面限制即,用于胶版印刷油墨干燥的这种方法不是必须的,在目前的情况下是恰当的,原因如下:首先,证明印刷纸张事实上是否存在这种性质,也即不必须借助于方法如胶版印刷粉末时,是否可在胶版印刷工艺中印刷对于本领域技术人员来说是简单容易的事情。其次,如下面所进一步详细说明的和通过大量的各种实例所举例说明的,实现了不同的具有这种性质的涂层。因此,如果必须根据涂层的特定组成对所述涂层进行限定,那么这是不适当的限制。此外,对印刷纸张性质的说明不仅限定所要达到的目的,而且其实际上是本发明中意料不到的发现,事实上可以提供不必使用胶版印刷粉末而可在胶版印刷工艺中使用的印刷纸张。因此,可以说,问题的提出本身就是一项发明,因为本领域技术人员根本不会想到可以提供具有这种性质的印刷基材。
根据本发明的第一优选实施方案,这种印刷纸张的特征在于如果用标准的单张纸胶版印刷油墨印刷,其具有特别快的粘脏行为。这种纸在印刷后15秒测量时,优选具有小于0.4的粘脏值,这一值远小于任何商业可得的胶版印刷纸的值。甚至更优选的,在印刷后15秒测量时,粘脏值小于0.15或甚至小于0.1,优选小于0.05,或甚至小于0.025。
粘脏值的定义如在标题为粘脏性测试的下述章节中所给出的,根据下述方案,其为作为时间函数的转移到相对纸的油墨的密度。利用密度仪测量相对纸上的油墨密度,密度仪是用于测量材料的印刷或未印刷表面的光学密度的仪器。其基本上是测量反射性材料的反射率的负对数的仪器。因此,密度仪测量单种颜色的吸收性。所测得的D值是定义为以十进制形式表示的%反射率的负常用对数的密度。因此,这种密度D为没有单位的数值。在本发明的情况下,如下述进一步限定的,使用Gretag McBeth密度仪测量密度,不必须校准的读出值是根据手册说明的无单位数值。
不同地或者可替代地量化,这种印刷纸张在印刷后30秒测量时,粘脏值小于0.05,优选在印刷后30秒测量时,粘脏值小于0.01。
然而,不仅油墨的短时标干燥性能(如在粘脏值中所量化的)对于避免使用胶版印刷粉末是重要的,而且油墨的长时标干燥性能也是重要的。因此,根据另一个实施方案,所述印刷纸张的特征在于印刷后两分钟测量的多色油墨固化值小于0.04。优选地,印刷后两分钟测量的多色油墨固化值小于0.02,优选小于0.015。
再次不同地或者可替代地量化,印刷后六分钟测量的这种印刷纸张的多色油墨固化值小于0.01,优选地,印刷后六分钟测量的多色油墨固化值小于0.005。
根据本发明一个特别优选的实施方案,通过具有短时间的油墨固化性质与较长时间油墨固化性质的适当平衡的印刷纸张,可以完全避免使用胶版印刷粉末,所述短时间的油墨固化性质避免了油墨太快吸收引起的问题,并相应避免了在印刷工艺中(当纸在印刷机中时)纸内部结构可能的损坏。通过提供一种印刷纸张这是可能的,所述印刷纸张在印刷后15秒测得的粘脏值小于0.15,小于0.1或小于0.05,优选小于0.02,且印刷后2分钟测得的多色油墨固化值小于0.04。
如上面已经提到的,在印刷基材仍然处于印刷机的期间内(通常为在印刷机中实际使用油墨后0-1秒),油墨的固化不应该太快,以避免在刚刚使用油墨后在印刷机中的已印刷区域的逐渐损坏。但是,刚在其后和在印刷机后,即,通常是在1秒至10-15分钟或直到1小时的期间内,如果不使用胶版印刷粉末的印刷应该是可能的,那么油墨的固化应该尽可能快。在印刷机后起初的几分钟内,油墨的物理干燥控制整个油墨干燥过程,通常化学干燥仅之后引发,并且实际上稍后终止。因此,高效的物理干燥对于避免使用胶版印刷粉末似乎是最重要的,有效的化学干燥似乎起到很小的作用,除非可以加速化学干燥过程到使得其也在如上所述的印刷后开始的几分钟(因此在胶版印刷粉末在传统印刷中起作用的期间)有效发生的程度。
根据本发明的另一个优选实施方案,印刷纸张的特征在于表面涂层和/或其下的第二层还包含化学干燥助剂,其优选选自催化体系例如过渡金属络合物、过渡金属的羧酸盐络合物、锰络合物、锰羧酸盐络合物、和/或醋酸锰络合物或乙酰醋酸锰络合物(例如Mn(II)(Ac)2·4H2O和/或Mn(acac)),其中为了Mn络合物的适当的催化活性,优选Mn(II)和Mn(III)相伴存在,或存在它们的混合物,其中该化学干燥助剂优选以0.5-3干重量份存在,优选以1-2干重量份存在。在如上文提到的Mn络合物的金属催化剂体系的情况下,催化剂体系的金属部分优选在涂层中存在的量占涂层总干重量的0.05-0.6重量%,优选0.02-0.4重量%。可以将该体系与第二干燥剂和/或辅助干燥剂结合来支持或提高这种体系的催化活性。也可以通过向金属体系提供不同的配体来提高催化活性,例如上面的醋酸根络合物可以与双吡啶配体(bipy)混合。也能够是与其他金属络合物例如Li(acac)的组合。另外可以通过将催化体系与过氧化物结合以直接在原位产生所必需的氧而不受扩散限制,从而能够进一步提高催化活性。必须指出的是,将这种催化剂体系用于固定胶版印刷油墨的可聚合或可交联组分对于完全不同性质的涂料也是有益的,并且不必与涂料中含有二氧化硅的构思联系起来。
可以看出,较低含量的具有特定孔隙度和/或比表面积的颜料(例如,二氧化硅)和较低含量的金属可以通过涂层中这种化学干燥助剂的存在而得到补充或甚至可以避免使用,甚至如果使用二氧化硅和例如醋酸锰的组合可以观察到协同效应。这种额外加入的化学干燥助剂的使用提供了另外的调节纸光泽、印刷光泽、油墨的短时标固化和油墨的长时标固化等之间平衡的参数。
根据另一个优选实施方案,印刷纸张具有包括表面涂层和/或在所述表面涂层下的至少一个第二层的图像接收涂层,所述表面层和/或第二层包含:颜料部分,其中该颜料部分包含细颗粒碳酸盐和/或细颗粒高岭土和/或细颗粒二氧化硅和/或细颗粒粘土和/或(多孔或无孔的)沉淀碳酸钙(PCC)、和/或煅烧粘土、和/或细颗粒塑性颜料或其混合物,这些成分中的至少一种的表面积优选为18或40-400m2/g或100-400m2/g,优选200-350m2/g;和粘结剂部分,其中该粘结剂部分由粘结剂和添加剂组成。上述提到的二氧化硅可以优选选自细颗粒链硅酸盐,优选所谓的钙灰石,和这些细颗粒水合硅酸钙,例如硬硅钙石和/或雪硅钙石。比表面积和/或内孔体积(孔隙度)提供了本发明原理必须的有利的快速油墨固化。根据另一个优选实施方案,颜料的孔体积大于0.2ml/g,优选大于0.5ml/g,甚至更优选大于1ml/g,所述颜料优选二氧化硅例如硅胶、沉淀二氧化硅,或多孔PCC或其混合物。通常,如果没有特别说明,在本文中提到颜料的孔体积时,是指内孔体积。其是从外部可进入的并因此构成最终纸的可进入孔结构的颗粒的孔体积。具体地,组合使用(多孔或无孔)细颗粒碳酸盐和/或高岭土或粘土和/或二氧化硅(选择其粒径分布使得平均粒径为0.1-5μm,优选为0.3-4μm)时油墨的固化性能是最优的。特别是如果颜料(优选二氧化硅例如硅胶、沉淀二氧化硅,或多孔PCC或其混合物)的平均粒径为0.3-1μm或为3-4μm,则可以获得好的结果。另外,所用颜料(优选二氧化硅例如硅胶、沉淀二氧化硅,或多孔PCC或其混合物)的表面性质及其孔隙度也会影响物理和/或化学干燥性能。因此,优选表面积为200-400m2/g的细颗粒颜料,优选二氧化硅,例如硅胶、沉淀二氧化硅或其混合物。
通常应该指出的是,可以用粘土来代替或者补充高岭土。粘土是用来描述一组水合叶硅酸铝矿物的通用术语,其直径通常小于2微米。粘土由各种富硅和铝的氧化物以及氢氧化物的叶硅酸矿物组成,其含有可变量的结构水。有三个或四个主要的粘土类:高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石。在这些类别中有约30种不同种类的“纯”粘土,但是最“天然”的粘土是这些不同类型的“纯”粘土和其它风化矿物的混合物。高岭土是化学组成为Al2Si2O5(OH)4的特定的粘土矿物。它是层状硅酸盐矿物,具有一个通过氧原子与氧化铝八面体的一个八面体片连接的四面体片。
应该指出的是,在沉淀碳酸盐方面,通常可以由具有内部孔结构的多孔沉淀碳酸钙(PCC)(部分)代替和/或补充此处提到的二氧化硅。这种多孔沉淀碳酸钙的表面积优选地为50-100m2/g,甚至更优选为50-80m2/g。典型地,这种多孔PCC的粒径为1-5微米,优选1-3微米。如果用这种多孔PCC代替二氧化硅或者将这种多孔PCC与二氧化硅一起使用,尤其是代替硅胶或沉淀二氧化硅,由于这种多孔PCC的表面积略小,所以,为了获得与使用二氧化硅尤其是使用硅胶时相同或等同的效果,其用量/使用份数通常较大。
优选地,如果所述颜料是二氧化硅,则其为无定形硅胶或沉淀二氧化硅。根据本发明的另一个优选实施方案进一步优选的是,所述颜料为表面积高于150m2/g(根据BET法测得的),优选表面积大于500m2/g,甚至更优选为600-800m2/g的无定形沉淀二氧化硅。还更优选的是,如果所述颜料为二氧化硅或含有二氧化硅,则内部孔隙体积大于或等于1.8ml/g,优选大于或等于2.0ml/g。优选地,二氧化硅的表面积为大于200m2/g,优选大于250m2/g,甚至更优选至少300m2/g。颜料部分因此优选地含有表面积为200-1000m2/g,优选200-400m2/g或250-800m2/g的细颗粒二氧化硅。
在这一点上,似乎合适的是稍微更详细地讨论上述提及的二氧化硅类型的最重要的方面。此处具体可参考书“Handbook of Porous Solids”(Wiley-VCH,volume 3,Ferdi Schüth(Editor),Kenneth S.W.Sing(Editor),Jens Weitkamp(Editor),ISBN:3-527-30246-8,2002),具体见该书的第1586-1572页,该书的这部分公开内容明确地包含在本公开文本中。
从原理上二氧化硅可分为三种主要类型,即所谓的结晶二氧化硅(包括例如石英)、无定形二氧化硅(包括例如熔凝石英)和合成的无定形二氧化硅。
后者在本发明的上下文中是特别有利的,这些中尤其是湿法制得的二氧化硅。
基于湿法的合成无定形二氧化硅是硅胶(也称为干凝胶)和沉淀二氧化硅以及胶体二氧化硅。热解二氧化硅是通过热法制得的。
胶体二氧化硅(也称为硅溶胶)可以看作是细微尺寸且无孔的初级颗粒的悬浮体。在本发明的上下文中,可以为但不优选为胶体二氧化硅。
取决于制备方法,热解二氧化硅可能具有各种不同的性质,并且在本发明的上下文中尽管不优选,但还可能使用低初级粒径(3-30nm)和高表面积(50-600m2/g)的热解二氧化硅。
如上述中已经列出的,在本发明的上下文中特别优选的是沉淀二氧化硅和硅胶。通常优选硅胶(干凝胶),而通常仅仅优选通常大于200m2/g的高表面积和粒径小于10微米(例如粒径为5-7微米)的沉淀二氧化硅。这类体系例如可以以商品名Sipernat 310和Sipernat 570从供应商Degussa获得。两种类型,即硅胶和沉淀二氧化硅的特征在于多孔颗粒结构(平均内孔径可以小于2nm)和高表面积。关于这些类型的比较,参见上述提到的书中第1556页的表2。
例如优选使用硅胶。硅胶是多孔、无定形的二氧化硅(SiO2·H2O)。由于硅胶独特的内部结构,其从根本上区别于其它的SiO2基材料。硅胶由互联微孔的大网络构成。硅胶具有窄范围直径的可进入的内孔,直径范围典型的为2-30nm,或者甚至2-20nm。
由于所建议颜料,优选二氧化硅,例如硅胶、沉淀二氧化硅,或多孔PCC或其混合物(例如Syloid C803类型)以及沉淀二氧化硅具有对矿物油溶剂/载色体(更通常的为液体油墨载色体)的独特的快速(和选择性)吸收性能,其能够最佳地将可交联油墨部分快速紧密地“固化”在纸的表面上和表面中。由于油墨膜具有极大浓缩的形式,其机械性能已经处于非常高的水平,并且由于可交联链的浓度极大,随后的化学交联过程处于最佳的条件,从而更快结束(100%交联),达到油墨层机械性能的最高水平。这些颜料(特别是对于Syloid C803类型)的另一个优点是在该化学阶段中,任选引入的金属(见后面进一步讨论的)能够作为催化剂,从而甚至进一步加速交联过程。事实上,在以300-400%油墨密度(好于实验室试验)进行的商业印刷试验中,通过用Fogra油墨干燥试验进行重复试验(并且跟踪时间与点干燥行为的整个曲线),建议的颜料与没有建议的颜料的情况相比,最终确实能够增强油墨的物理和化学干燥,尤其是如果颜料为二氧化硅例如硅胶、沉淀二氧化硅,或多孔PCC或其与硅胶或沉淀二氧化硅的混合物。
应注意到,用纳米分散颜料(例如碳酸盐、胶体二氧化硅、热解法二氧化硅/气相二氧化硅(Aerosil))部分或全部替代这些颜料,例如硅胶、PCC或沉淀二氧化硅是可能的,只要使用大量的小颜料颗粒可以获得明显的微孔结构和特定的最小内部孔隙体积即可,其中这些小颜料颗粒聚集形成具有如上定义的相同表面积和相同孔隙度性质的聚集或凝聚的结构。
根据进一步优选的实施方案,印刷纸张的特征在于,如通过压汞测试的,图像接收涂层在8-20nm孔宽范围内的累积孔隙体积大于8ml/(g总纸),优选大于9ml/(g总纸)。优选地,8-40nm范围内的累计孔隙体积大于12ml/(g总纸),优选大于13ml/(g总纸)(对于具有单侧涂布基材的纸,所述纸在95g/m2预涂布纸基材上具有14g/m2的涂层重量)。
如上面已经概述的,引入二氧化硅(优选是二氧化硅如硅胶、沉淀二氧化硅,或多孔PCC或其混合物)的本发明的印刷纸张适用于胶版印刷。相应地,与喷墨纸相比,其尤其用于吸收用于单张纸胶版印刷的典型油墨,而不适用于喷墨印刷中使用的印刷油墨,本印刷纸用于喷墨印刷不太具有益处。商业上可得的胶版印刷油墨通常特征在于它们的总表面能为约20-28mN/m(平均约24mN/m)和总表面能的分散(dispersive)部分为9-20mN/m(平均约14mN/m)。表面能的值在Fibrodat 1100,Fibro Systems,Sweden上以0.1秒进行测试。另一方面,商业可得的喷墨印刷油墨的特征在于它们(更高的)总表面能为约28-31mN/m(平均约31mN/m),和总表面能的分散部分为28-31mN/m(平均约30mN/m),因此总能量具有非常低的极性部分(平均约1mN/m)。因此根据另一个优选实施方案,图像接收涂层的总表面能与胶版印刷油墨的表面能特征匹配,因此表面能例如小于或等于30mN/m,优选小于或等于28mN/m。这与典型的喷墨纸不同,喷墨纸具有至少40mN/m和最多至约60mN/m的总表面能值。进一步优选的是图像接收涂层的总表面能的分散部分小于或等于18mN/m,优选小于或等于15mN/m。再次与喷墨纸的值完全不同,对于这些,分散部分通常明显大于20mN/m且甚至最多至60mN/m。
尤其是在硅胶作为颜料之一的情况下,而且通常地,所述颜料部分包含至少5干重量份的颜料,优选二氧化硅(例如硅胶、沉淀二氧化硅)或多孔PCC或其混合物或细颗粒碳酸盐和/或细颗粒高岭土和/或细颗粒粘土和/或细颗粒二氧化硅,其粒径分布使得平均粒径为0.1-5μm,优选为小于4.5μm,或优选小于4.0μm,甚至更优选为0.3-4μm;在沉淀二氧化硅的情况下,颜料部分包含粒径分布使得平均粒径为5-7μm的细颗粒沉淀二氧化硅。
还要指出的是,如果提到的无机颜料类型(二氧化硅,也即硅胶或链硅酸盐,例如钙灰石、水合硅酸钙,例如硬硅钙石和/或雪硅钙石;重质碳酸盐和/或沉淀碳酸盐,(多孔或无孔)PCC;煅烧粘土;和/或高岭土)不仅具有40或100-400m2/g的表面积和/或上述规定的孔隙度特征,而且还另外包含选自铁、锰、钴、铬、镍、锌、钒或铜或其它过渡金属的痕量金属,那么其甚至会更有利于油墨的干燥,其中这些痕量金属的至少一种的量超过10ppb,或者优选超过100ppb或500ppb,或痕量金属的总和以高于100ppb或优选高于500ppb的量存在。无机颜料可以是人工地或天然地富含这类痕量金属。例如,优选铁的含量为500ppb以上,并且如果需要,另外可以含有20ppb以上的锰。还优选铬的含量为20ppb以上。
金属可以处于单质形式或者可以处于离子形式,其看起来有助于油墨的化学干燥。更大含量的金属可以补偿较少存在的具有适当孔隙度和/或表面积的颜料干重量份数,所以例如如果颜料部分包含80-95干重量份的细颗粒碳酸盐和/或细颗粒高岭土和/或细颗粒粘土,以及6-25干重量份的细颗粒二氧化硅,则如果具有更高的金属含量,那么二氧化硅的含量可以较少。
如果存在于一种颜料中,特别是存在于二氧化硅部分中,则有3组金属,它们作为干燥剂金属或涉及干燥剂功能是特别活性的:A)第一的或顶面的或表面的干燥剂金属:所有的过渡金属例如具有+2(II)和+3(III)价的Mn。它们催化通过O2和干性油反应形成的过氧化物的形成,尤其是催化过氧化物的分解。这种氧化或自由基化学性质导致了聚合物-聚合物交联(=顶部干燥)的形成,并且还导致了在干性油分子上的羟基/羰基/羧基基团的形成。最重要的金属是Co、Mn、V、Ce、和Fe。也可以是Cr、Ni、Rh和Ru。
B)第二或穿透(through)或协同(coordination)干燥剂金属:这些干燥剂使用含O基团(但是通常通过结合形成的络合物而与第一干燥剂结合)以形成特定的交联。最重要的金属是Zr、La、Nd、Al、Bi、Sr、Pb、Ba。
C)辅助干燥剂金属或促进剂金属:它们自身不直接执行干燥功能,但是通过与第一干燥剂或第二干燥剂(或者说通过增加第一干燥剂和第二干燥剂的溶解性)特定的相互作用,它们可以支持第一干燥剂和第二干燥剂的活性。最重要的金属是Ca、K、Li和Zn。
为了使这些金属具有显著活性,它们在颜料(优选在二氧化硅中)中的存在量应当从10ppb的下限最多至下述的上限:
第一干燥剂金属:所有均至多10ppm,除了Ce:至多20ppm,并除了Fe:至多100ppm。
第二干燥剂金属:所有均至多10ppb,除了Zr、Al、Sr和Pb:其均至多20ppm。
辅助干燥剂金属:所有均至多20ppm。
这些金属的某些特定的组合特别有效,例如Co+Mn、Co+Ca+Zr或La或Bi或Nd、Co+Zr/Ca、Co+La。可能是例如醋酸Mn(II+III)(只有墨的表面快速干燥并且对氧封闭)与一些K-盐(用于激活Mn的活性)的组合,并且也可能是与Zr盐(用以提高墨本体的穿透干燥,以改善印刷墨层的湿墨擦拭行为)的组合。
根据本发明,包含二氧化硅的特定涂层组合物是特别有利的。设计这种图像接收涂层使得其包含表面层和/或所述表面层之下的至少一个第二层,所述表面层和/或第二层包含:颜料部分,其中该颜料部分由80-95干重量份的细颗粒碳酸盐(沉淀碳酸盐或重质碳酸盐、多孔PCC或其组合)和/或细颗粒高岭土或粘土,和6-25,优选6-20干重量份的细颗粒二氧化硅组成;和粘结剂部分,其中该粘结剂部分由5-15或甚至最高20干重量份的粘结剂和小于4干重量份的添加剂组成。对于特定的应用,粘结剂含量最高30份可能是有利的,尤其是与基本上仅由硅胶、(多孔)PCC或沉淀二氧化硅组成的颜料部分组合时。在本文中,应该指出的是,术语颗粒二氧化硅应该包括通常称为二氧化硅溶胶以及胶体二氧化硅,和无定形硅胶以及沉淀二氧化硅,和热解二氧化硅的化合物。简而言之,图像接收涂层也可以是单层涂层,其中该单层涂层含有上述定义的颜料部分。但是,图像接收涂层也可以是双层涂层,因此其可以具有表面层和位于所述表面层之下的第二层。在这种情况下,表面层可以具有上述颜料组合物,第二层可以具有上述颜料组合物,或者表面层和第二层都具有上述颜料组合物。在所有这些情况下,都可能获得根据本发明的有利效果。
当涉及干重量份数时,本文给出的数值优选如下理解:颜料部分包含100干重量份,其中一部分为碳酸盐和/或高岭土或粘土,另一部分为二氧化硅。这表示碳酸盐和/或高岭土或粘土将二氧化硅部分补足到100干重量份。然后应理解粘结剂部分和添加剂是以100干重量份的颜料部分为基准来计算的。在本发明的另一个优选实施方案中,颜料部分包含7-15,优选8-12干重量份的细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC,优选8-10干重量份细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC。事实上,如果二氧化硅或(多孔)PCC的含量太高,印刷油墨表现出油墨固化太快而导致不合适的印刷光泽质量和其它缺陷。因此事实上仅仅特定二氧化硅或(多孔)PCC含量窗才能产生用于单张纸胶版印刷的合适性能,而单张纸胶版印刷在短时标(如所谓的粘脏试验中测得的,在15-120秒范围内)上需要中等的快速油墨固化,但在长时标(如在所谓的多色油墨固化试验中测得的,在2-10分钟)需要异常快的油墨固化。
根据本发明的另一个优选实施方案,所述颜料部分包含70-80干重量份的细颗粒碳酸盐,优选其粒径分布使得50%的颗粒小于1μm。如果选择粒径分布使得50%的颗粒小于0.5μm,则可以获得特别好的结果,最优选粒径分布使得50%的颗粒小于0.4μm(总是如采用Sedigraph法测得的)。
如以上已经指出的,颜料部分中碳酸盐和高岭土或粘土的组合显示出具有优点。在高岭土或粘土的情况下,优选含有10-25干重量份的细颗粒高岭土或细颗粒粘土,优选含有13-18干重量份的细颗粒高岭土或细颗粒粘土。可以选择细颗粒高岭土或细颗粒粘土,使其具有使得50%的颗粒小于1μm的粒径分布,甚至更优选具有使得50%的颗粒小于0.5μm的粒径分布,并且最优选具有使得50%的颗粒小于0.3μm的粒径分布。
如以上已经提到的,关键是在纸光泽和印刷光泽与快速油墨固化性之间找到一个平衡。油墨固化性能越快,通常印刷光泽性就会越不利。因此在没有胶版印刷粉末或上述给出的其它方法的情况下,粘结剂部分与二氧化硅或(多孔)PCC部分的特定组合为单张纸胶版印刷提供了理想的平衡。然而如果粘结剂部分包含7-12干重量份的粘结剂,则甚至可以获得更好的结果。如果将硅胶、热解二氧化硅、胶体二氧化硅、(多孔)PCC或沉淀二氧化硅用作相应的高含量颜料部分,则最高至30份的较高粘结剂含量是有用的。可以选择单一类型的粘结剂,或者不同或类似粘结剂的混合物。该粘结剂例如可以选自胶乳组成的组,尤其是苯乙烯-丁二烯胶乳、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈胶乳、苯乙烯-丙烯酸胶乳,尤其是苯乙烯-正丁基丙烯酸共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯酸胶乳、丙烯酸酯醋酸乙烯酯共聚物、淀粉、聚丙烯酸盐、聚乙烯醇、大豆、酪蛋白、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素和共聚物、及其混合物,优选地,作为在产品中的阴离子胶体分散体提供。特别优选的是例如为基于丙烯酸酯共聚物的胶乳,所述丙烯酸共聚物基于丙烯酸丁酯、苯乙烯、和如果需要丙烯腈。可从BASF(德国)获得Acronal类型粘结剂和可从PolymerLatex(德国)获得其它类型Litex是可能的。
除了实际的粘结剂以外,粘结剂部分还可以含有至少一种添加剂或几种添加剂,所述添加剂选自消泡剂、着色剂、光亮剂、分散剂、增稠剂、保水剂、防腐剂、交联剂、润滑剂和pH控制剂或它们的混合物。
更具体地,对于在单张纸胶版印刷中的应用特别合适的制剂可以显示为特征在于,图像接收涂层的表面涂层包含颜料部分,其中该颜料部分由75-94或80-95干重量份的细颗粒碳酸盐和/或细颗粒高岭土或细颗粒粘土,以及6-25干重量份的细颗粒二氧化硅和/或(多孔)PCC构成。如果印刷纸张的特征在于图像接收涂层的表面涂层包含颜料部分和粘结剂部分则甚至可以得到更好的结果,所述颜料部分包含70-80干重量份的其粒径分布使得50%的颗粒小于0.4μm的细颗粒碳酸盐、10-15干重量份的其粒径分布使得50%的颗粒小于0.3μm的细颗粒高岭土或细颗粒粘土、8-12干重量份的其平均粒径为3-5μm且表面积为300-400m2/g的细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC,所述粘结剂部分包含8-12干重量份,优选9-11干重量份的胶乳粘结剂和少于3干重量份的添加剂。
根据本发明的印刷纸张可以被压光或不压光,它可以是无光泽的、有光泽的或也可以是蜡光纸。印刷纸张可以以图像接收涂层表面上的光泽度为特征,对于光泽纸,根据TAPPI 75度光泽度大于75%,或者根据DIN 75度光泽度大于50(例如根据TAPPI 75度光泽度为75-80%),对于无光泽纸,根据TAPPI 75度光泽度值小于25%(例如10-20%),以及对于蜡光级别而言是中间值(例如25-35%)。
可以在基材的两侧提供图像接收涂层,可以在每一侧或仅在一侧上使用5-15g/m2的涂布重量进行涂布。完全涂布的纸可以具有80-400g/m2的重量。优选基材是不含磨木浆的纸基材。
二氧化硅和/或(多孔)PCC可以存在于表面涂层,然而它也可存在于直接在表面涂层下方的层中。在这种情况下,表面涂层也可以包含二氧化硅或(多孔)PCC,然而表面涂层也可以不包含二氧化硅或(多孔)PCC。根据本发明另一个优选实施方案,因此印刷纸张具有如下特征,即图像接收涂层在所述表面涂层下有第二层,该第二层包含:颜料部分和粘结剂部分,其中该颜料部分由80-98干重量份的细颗粒碳酸盐混合物或单种细颗粒碳酸盐和2-25干重量份的细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC构成,其中优选所述细颗粒碳酸盐的粒径分布使得50%的颗粒小于2μm或甚至小于1μm,其中该粘结剂部分由小于20干重量份的粘结剂优选8-15干重量份的胶乳或淀粉粘结剂、小于4干重量份的添加剂构成。在这种情况下,如果在该第二层中,颜料部分的细颗粒碳酸盐由一种具有使得50%的颗粒小于2μm的颗粒分布的细颗粒碳酸盐和另一种具有使得50%的颗粒小于1μm的颗粒分布的细颗粒碳酸盐的混合物组成,则表明是有利的,其中优选这两种组分以几乎相等的量存在。典型地,第二层的颜料部分包含5-15干重量份的二氧化硅,优选以上下文中关于表面涂层的描述中所限定的品质。
必须指出,可以提供任选的另外的比如第二层的下面的层。这些另外的层例如可以是定型层(sizing layer),然而也可以是甚至包含特定量二氧化硅的另外的层。但是,优选,在原纸基材上的层数不超过两层,因为已经发现,表面层下两个另外层的存在有时会对纸的粘脏行为产生不利的影响。因此,优选地,所述纸为双层涂布纸,而不是三层涂布纸。
如上面已经进一步讨论的,应当显著降低加工和再次印刷时间。根据另一个优选实施方案,由此印刷纸张的特征在于其在小于30分钟优选小于15分钟内是可再次印刷的,并且在小于1小时优选小于0.5小时内是可加工的。在上下文中,可再次印刷的意思是指已印刷的纸可以再次递送以第二次通过整个印刷过程,从而在相对侧印刷,而没有有害的负面效应,例如粘连、沾污、污斑等。在该上下文中,可加工表示能够进行造纸工业中公知的加工步骤(加工包括已印刷纸张的旋转、移动、折叠、皱化、切割、冲孔、粘结和包装等)。
本发明还涉及制备如上所述印刷纸张的方法。该方法的特征在于将优选含有二氧化硅的涂料制剂使用幕帘涂布机、刮刀涂布机、辊式涂布机、喷雾涂布机、气刀、流延涂布或特别通过计量施胶压榨(metering sizepress)而涂布到未涂布的、预涂布的或已涂布的纸基材上,优选涂布在不含磨木浆的基材上。取决于所要达到的纸的光泽,可以对已涂布纸进行压光。可能的压光条件如下:使用1到15个压区,以200-2000m/分钟的压光速度,50或100-500N/mm的压区载荷,和在室温以上的温度优选大于60℃,甚至更优选在70-95℃之间进行压光。
此外,本发明还涉及上述印刷纸在单张纸胶版印刷工艺中的用途,所述单张纸胶版印刷工艺不使用胶版印刷粉末和/或不采用辐射或热干燥和/或不使用罩印清漆。在这种工艺中,在不到一小时内优选在不到0.5小时内优选进行如上所进一步概述的再次印刷和/或加工。
本发明另外的实施方案概述于从属权利要求中。
附图说明
图1穿过已涂布印刷纸的示意性切割;
图2中间涂布纸的克重和厚度;
图3中间涂布纸的纸光泽;
图4中间涂布纸的纸粗糙度;
图5未压光表面涂布纸的克重和厚度;
图6未压光表面涂布纸的亮度和不透明度;
图7未压光表面涂布纸的纸光泽水平;
图8未压光表面涂布纸的油墨固化,a)正面,b)丝网侧;
图9未压光表面涂布纸的实际印刷光泽与纸光泽;
图10未压光表面涂布纸的挺度与回弹综合性能;
图11未压光表面涂布纸的胶版印刷合适性;
图12未压光表面涂布纸的液滴测试;
图13未压光表面涂布纸的湿油墨抗擦拭(油墨耐擦性)测试;
图14压光表面涂布纸的克重和厚度;
图15压光表面涂布纸的亮度和不透明度;
图16压光表面涂布纸的纸光泽水平;
图17压光表面涂布纸的油墨固化,a)正面,b)丝网侧;
图18压光表面涂布纸的实际印刷光泽与纸光泽;
图19压光表面涂布纸的挺度与回弹综合性能;
图20压光表面涂布纸的胶版印刷合适性;
图21压光表面涂布纸的液滴测试;
图22压光表面涂布纸的湿油墨抗擦拭(油墨耐擦性)测试;
图23在实验室中对压光纸进行白气测试(white gas test)(棉签);
图24未压光印刷纸的油墨耐擦性结果;
图25未压光纸的斑点评价;
图26压光印刷纸的油墨耐擦性结果;
图27压光纸的斑点评价;
图28压光纸的白气测试结果
图29压光纸的湿油墨抗擦拭(油墨耐擦性)测试;
图30压光纸正面(a)和丝网侧(b)的粘脏值;
图31压光纸正面(a)和丝网侧(b)的多色油墨固化值;
图32压光纸的胶版印刷合适性和MCFP;
图33压光纸的湿油墨抗擦拭(油墨耐擦性)测试;
图34已涂布纸的最终涂层的压汞试验孔隙度数据;
图35含有硅胶的样品与含有沉淀二氧化硅的样品的白气测试比较;
图36未压光纸的白气测试;
图37压光纸的白气测试;
图38压光纸的孔径分布(涂层的孔直径分布);
图39压光纸的孔径分布(涂层的孔直径分布);和
图40所用颜料的粒径分布。
具体实施方式
参照附图,附图的目的是说明本发明提供的优选实施方案,而不用于限制本发明,图1显示了涂布的印刷纸张的示意图。涂布印刷纸张4在两侧涂布有层,其中这些层构成图像接收涂层。在该特定情况下,提供表面涂层3,其形成涂布印刷纸张的最外涂层。在该表面层3下提供了第二层2。在一些情况下,在该第二层下具有另外的第三层,其可以是合适的涂层,也可以是定型层。
典型地,这种类型涂布印刷纸张的基重为80-400g/m2,优选100-250g/m2。表面层,例如具有3-25g/m2,优选4-15g/m2,最优选约6-12g/m2的总干涂层重量。第二层可以具有同样范围的或更少的总干涂层重量。可以仅在一侧提供图像接收涂层,如图1所示,也可以在两侧提供图像接收涂层。
本文的主要目标是提供用于与标准油墨相关的单张纸胶版印刷纸的“即时”油墨干燥用的涂布印刷纸。试验的涂布纸在商业单张纸印刷机上进行印刷,并且在可再次印刷性和可加工性评价后进行油墨固化和油墨干燥测试(通过下面给出的白气测试来评价)。
与标准涂布纸相比,通过在第二层或表面涂层中使用二氧化硅(Syloid C803和其它类似Sylojet类型,购自Grace Davison),可以明显加速涂布纸的油墨固化倾向。对于压光纸,观察到比未压光纸更好的(较低的)油墨耐擦行为。通过在实际印刷机(单张纸印刷机)上的加工测试证实通过白气测试具体分析的改进。
在表面涂层中使用二氧化硅导致快速的物理和化学干燥、短时间和长时间的油墨固化也比参比纸更快,并且压光纸的斑点趋势甚至也略微好于参比纸。纸光泽和印刷光泽水平略低于参比纸。
当在第二涂层中使用二氧化硅时,对成品纸的物理和化学油墨干燥的影响仍然存在,但是作用机理不与表面涂层一样有活性。含有二氧化硅的中间涂层或第二涂层的优点是与参比相比具有较高的纸光泽和同等的油墨固化时间,这导致较高的印刷光泽。用于第二涂层中的二氧化硅的量必须更高。
表1显示用于后续分析的不同测试纸。其中测试五种不同的纸,其中标注为IID_1的纸包括不含二氧化硅的表面涂层和含有二氧化硅的中间涂层,IID_2包括含有二氧化硅的表面涂层和不含二氧化硅的中间涂层,IID_3包括不含二氧化硅的标准中间涂层或表面涂层,IID_5包括不含二氧化硅的标准中间涂层和含有二氧化硅的表面涂层。中间涂层和表面涂层的详细配方在下表2和表3中给出。
IID_1 | IID_2 | IID_3 | IID_5 | |
中间涂层涂层编号 | 刮刀涂布MC_1 | 刮刀涂布MC_2 | ||
涂层重量WS[g/m2] | 11 | 11 | ||
水分[%] | 4.9 | 4.9 | ||
涂层重量TS[g/m2] | 11 | 11 | ||
水分[%] | 5.2 | 5.2 | ||
表面涂层涂层编号 | 刮刀涂布TC_1/A | 刮刀涂布TC_3/A | 刮刀涂布TC_1/B | 刮刀涂布TC_3/B |
涂层重量WS[g/m2] | 10.5 | 10.5 | 10.5 | 10.5 |
水分[%] | 4.9 | 4.9 | 4.9 | 4.9 |
涂层重量TS[g/m2] | 10.5 | 10.5 | 10.5 | 10.5 |
水分[%] | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 |
涂层总重[g/m2] | 43 | 43 | 21 | 21 |
印刷试验 | 纸12 | 纸11 | 纸15 | 纸13 |
表1:试验计划(IID-即时油墨干燥)(B为中间涂布的纸)
标准中间涂层 | MC_1 | MC_2 | |||
颜料 | % | 颜料 | % | 颜料 | % |
HC 60 | 85 | HC60 | 40 | HC 60 | |
HC 60 | 15 | ||||
HC 90 | HC 95 | 100 | |||
CC 60 | 50 | ||||
Syloid C803 | 10 | ||||
粘结剂 | 粘结剂 | 粘结剂 | |||
胶乳 | 5 | 胶乳 | 10 | 胶乳 | 7.5 |
糊精 | 6 | 糊精 | 3 | 糊精 | 3 |
添加剂 | 添加剂 | 添加剂 | |||
CMC | 0.3 | CMC | 0.4 | CMC | 0.3 |
Polysalz S | 0.2 | Polysalz S | 0.2 | Polysalz S | 0.2 |
加入其它的 | 加入其它的 | 加入其它的 |
表2:中间涂层的配方
备注:通过中间涂层中的变化以达到快速长时间油墨固化的方式来优化MC_1配方。CC 60(窄的粒径分布)用于产生更高的孔隙体积,并且二氧化硅作为物理和化学的油墨干燥的加速添加剂。淀粉对于内部孔隙体积还具有负面影响,因为它似乎降低了长时间油墨固化性,但是淀粉作为提高涂层颜色保水能力的流变添加剂是必要的。如果添加10%的HC60代替二氧化硅,胶乳含量将为7.5pph(明显更低)。粘接力(拇指规则):10+0.5*3=11.5。粘接力对比中间涂层:5+0.5*6=8。
基于实践经验优化MC_2配方,其中使用细颜料HC95。粘接力:7.5+0.5*3=9。
对于两种中间涂层颜料,如必需地使用其它添加剂(例如,CMC、光亮剂、流变调节剂、消泡剂、着色剂等)。
将中间涂层颜料MC_1(含有10%二氧化硅)和MC_2(100%HC95)涂布到预涂布纸上(生产为150gsm)。中间涂层的淀粉水平降低到3pph以达到快速油墨固化-对于普通的标准中间涂层配方,使用6pph的淀粉。
中间涂层: | MC_1 | MC_2 | B中间涂布的 | B中间涂布的 | |
D1/A | D3/A | D1/B | D3/B | ||
表面涂层: | TC_1/A | TC_3/A | TC_1/B | TC_3/B | |
IID_1 | IID_2 | IID_3 | IID_5 | ||
固体[%] | |||||
颜料 | |||||
HC 60 | 78 | 3 | 3 | ||
HC 90 | 76.5 | 15 | 15 | ||
HC 95 | 78 | ||||
CC60 | 72 | ||||
颜料SFC | 72 | 72 | 77 | 72 | 77 |
颜料SyloidC803 | 98 | 8 | 8 | ||
Amazon | 72 | 10 | 15 | 10 | 15 |
粘结剂/添加剂 | |||||
胶乳Acronal | 50 | 6.5 | 8.5 | 6.5 | 8.5 |
胶乳 | 50 | 1 | 1 | 1 | 1 |
CMC | 93.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
PVOH | 20 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
Fluocast | 50 | 0.55 | 0.55 | 0.55 | 0.55 |
Polysalz S | 45 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
表3表面涂层配方
制备两种不同的表面涂层颜料(TC_1和TC_3)并且将其涂布到中间涂布纸上(生产为150gsm),以及将TC_1(标准)涂布到MC_1上,和也将含有8%二氧化硅的TC_3涂布到MC_2上。
目标是研究使用二氧化硅的最好的涂层,并且将它们与标准涂层(IID_3)比较。
是通过刮刀涂布机(首先涂布丝网侧)进行中间和表面涂层的涂布-如常规使用的选择涂层重量、干燥温度和水份含量。
通过使用标准方法进行这些涂布纸的实验室研究。然而,对于油墨固化性质的分析,使用了特定的具体方法,其应限定如下:
湿油墨擦拭试验(油墨耐擦性试验):
通常,油墨耐擦性理解为油墨沾污。这类油墨沾污能够通过不同的原因导致:*如果油墨没有完全干燥→在湿油墨擦拭试验中可见;*如果油墨完全干燥→在油墨抗擦拭试验中可见。在这里详述湿油墨擦拭试验,其是可加工性试验。油墨抗擦拭试验同湿油墨擦拭试验的原理相同,但它是在油墨干燥48小时后进行的。
范围:本方法描述在印刷后,完全干燥前,在几个时间间隔处的纸和纸板的抗擦拭的评价。参考标准/相关国际标准:GTM 1001:取样(Sampling);GTM 1002:用于调整的标准气氛(Standard Atmosphere forconditioning);ESTM 2300:Prüfbau印刷设备-说明书和方法。相关测试方法描述:Prüfbau手册。
定义:
·油墨擦拭:当受到机械应力例如剪切或摩擦时,油墨层可能被破坏并且在印刷产物上产生沾污,即使它们是完全干燥的。
·化学干燥:在单张纸胶版印刷中,通过聚合反应使油墨膜硬化。
·湿油墨擦拭值:在印刷后,在给定的时间,在湿油墨擦拭测试期间测量沾污相对纸的油墨量。
原理:使用商业油墨在Prüfbau印刷设备上印刷测试纸片。在几个时间间隔后,部分印刷的测试纸片在空白纸上(相同的纸)擦拭5次。评价印刷的破坏和空白纸上的沾污,并相对时标制图。使用印刷油墨TempoMax black(SICPA,CH)。
实验步骤:1、将印刷压力调节至800N;2、称量油墨重量,公差为0.01g,并且将该量的油墨加到Prüfbau印刷设备的上墨部分;3、分配油墨30s,(为了更容易操作,可以将油墨分配时间延长到60s);4、将测试纸片固定到短样品载体上;5、将铝Prüfbau卷轴放置在上墨部分上吸收油墨30s;6、称量吸收油墨卷轴的重量(m1);7、将吸收油墨的铝Prüfbau卷轴放置在印刷单元上;8、将样品板压在吸收油墨的铝Prüfbau卷轴上,以0.5m/s的速度印刷测试纸片;9、标记印刷样品的时间;10、印刷后,再次称量油墨卷轴的重量(m2),并计算油墨转移量It,以g计(附注:油墨转移量It通过It=m1-m2得到,其中m1是印刷前吸收油墨的卷轴的重量,m2是印刷后相同卷轴的重量);11、将Prüfbau油墨抗擦拭检测器的擦拭次数调整到5;12、使用Prüfbau纸片剪切机在印刷的纸带中剪切出圆形纸片;13、将测试纸片粘贴到一个Prüfbau测试纸片载体上,并将相同纸的空白纸带固定在纸载体上;14、在印刷后的规定的时间间隔后,将空白纸和印刷的圆形纸片面对面地放置在Prüfbau装置上并开始擦拭(5次);15、对于印刷之后所有确定的时间间隔来重复该操作,然后作为空白纸上沾污的密度/印刷纸的损坏的函数,评价纸的干燥。
下表提供了称量的用于印刷的油墨量和印刷后可以进行油墨擦拭测试的时间实例:
等级 油墨量 擦拭时间(分钟)
光泽 0.30g 15/30/60/120/480
丝光/无光泽(Silk/Matt) 0.30g 30/60/240/360/480
结果评价:同时测量和视觉评价结果。视觉评价:作为沾污空白纸的油墨量的函数,将所有测试空白试样从最好到最差依次排序。测量:使用Colour Touch装置,测量空白样品的色谱(排除UV光源)。测量未测试白纸的色谱。测试样品的色谱在确定的波长下具有吸收峰,该波长通常对应于使用的油墨(这是油墨的颜色)。在该波长下的测试样品与白色未测样品之间的反射系数的差异为油墨擦拭性的指示。使用SICPA TempoMax Black时,峰值波长是575nm,并且:
油墨擦拭=(R样品-R空白)575nm。
耐折度测试
执行方式:每张纸折叠两次(交叉折叠)。第一折叠用搭扣式(buckle)折叠机进行,第二折叠通过刀式(knife)折叠机进行。在印刷后的不同时间间隔折叠纸。
评价:通过折叠纸的视觉判断评价耐折度测试。
对于耐折度测试,两个标记是重要的:
交叉折叠:将来自印刷区域的油墨对着空白区域折叠。
导向卷轴沾污:在耐折度测试机的接收处(传输带),两个塑料卷轴引导纸张。在这种情况下,纸片空白区域向上地退出,其中另一面是石版印刷纸。导向卷轴通过压力/碳化而明显沾污。
粘连测试:
印刷特定数量的纸,之后直接堆叠到特定的重量,在印刷纸张的垫板中尽可能接近地模拟实际载荷条件。然后在4小时以后,视觉评价临近未印刷侧的纸上的沾污。
多色油墨固化(实验室)和K+E相对试验(印刷机):
范围:该方法描述了用于胶版印刷所有纸和纸板的高油墨覆盖处的油墨固化(堆叠模拟)的测试。通过由2个轧面(实验室)到4种颜色的多色印刷(商业印刷)获得高油墨覆盖。这个标准描述了实验室和商业两种印刷标准。多色油墨固化试验描述了长时标的油墨固化性质。
定义:
粘脏:在不同渗透时间后,油墨从新印刷的纸转移到相对纸(相同纸)上。
相对纸:相对纸吸收还没有固化的油墨。在该试验中,相对纸与试验纸相同。
固化值:转移到相对纸的油墨的密度。
原理:印刷纸张。在几个时间间隔后,一部分印刷试验纸片与相同的空白纸相对。测量相对纸上每一区域的转移油墨的密度,并对时标作图。
试验纸片的制备:标记纸或纸板的正面。切成4.6cm×25.0cm的试验纸片。单张纸:为了递送纸张或纸板,平行于交叉方向切割试验纸片的最长侧。卷纸递送:为了卷纸递送纸或纸板,平行于机器方向切割试验纸片的最长侧。将相对纸片切割为约4.6cm×25.0cm的纸片(标记纸的接触侧)。
用于实验室的多色油墨固化(MCIS)的标准步骤:1、将两个印刷单元的印刷压力调节至800N;2、调节印刷速率为0.5m/s;3、称量两组油墨,公差为0.01g,并且将两份该量的油墨加到Prüfbau印刷设备的2个上墨部分上;4、分配油墨30s,(为了更容易操作,可以将油墨分配时间延长到60s);5、将测试纸片固定到样品载体上;6、将2个铝Prüfbau卷轴放置在上墨部分上吸收油墨30s;7、称量2个吸收油墨的卷轴的重量m11和m21;8、将吸收油墨的2个铝Prüfbau卷轴放置在印刷单元上;9、将样品载体压在第一吸收油墨的卷轴上,以0.5m/s的速度印刷测试纸片,同时启动秒表;10、在印刷后,称量2个吸收油墨卷轴的重量m12和m22,并通过下式计算油墨转移量It,以g计:It=(m12-m11)+(m22-m21);11、清洁两个Prüfbau卷轴;12、将右侧(第二)Prüfbau卷轴放回印刷单元;13、打开FT10模块;14、将测试纸片放置在左侧(第一)印刷单元前面(该印刷单元上没有卷轴);15、延时开关设定为约2s;16、按下FT10模块上的启动按钮;18、在1分53秒后,按下FT10模块的启动开关;19、当计数完成时,移开样品,关闭FT10模块,并且将延时器设定为0s;20、当油墨干燥时,测试相对纸上3个区域(2、6和10分钟)的密度(McBeth)。一个区域的密度是根据图案取的十个测量值的平均值。
用于MCIS试验的时间间隔为:2分钟、6分钟、10分钟,直到没有标记。
实际印刷步骤(K&E相对试验):1、将压力卷轴放在“高”位(手杆位于高位);2、将卷轴放在K&E固化装置台面的最上面;3、当刚印刷出的纸页移出印刷机的印刷时,启动秒表;4、将纸页平铺在K&E固化装置上,使纸页的印刷侧向上;5、将相同纸的空白纸页平放在印刷纸页上,底部对顶部;6、在确定的时间间隔,将压力卷轴放置在“低”位,并以恒定的速度驱动压力卷轴至K&E固化装置台面的相对的极限位置;7、再次将卷轴放置在“高”位(手杆位于高位),并驱动卷轴至其起始位置(K&E固化装置台面的相对的极限位置);8、从印刷纸页上移去相对纸页;9、在所有确定的时间间隔,用新印刷纸页和新空白纸重复上述操作。
用于K&E试验的时间间隔为:15秒、30秒、60秒、120秒、180秒,直到没有标记。
粘脏试验
范围:粘脏试验方法描述了用于单张纸胶板印刷和卷轴递送胶板印刷的所有纸和纸板的粘脏(堆叠模拟)的测量。所用相对纸与测试纸相同。粘脏试验测试油墨的短时标固化性能。
定义:
油墨渗透:油墨载色体成分选择性吸收到纸中的现象。
相对纸:相对纸吸收还没有固化的油墨。
粘脏性:不同的渗透时间之后,油墨从新印刷的纸转移到相对纸(相同的纸)。
粘脏值:转移到相对纸的油墨的密度。
原理:用标准油墨在Prüfbau印刷设备上印刷样品。在几个时间间隔后,印刷样品的一部分相对紧靠相对纸(为了模拟堆叠,顶部对底部)。测量相对纸每一区域上转移油墨的密度,并对时间作图。
设备:Prüfbau印刷设备;铝Prüfbau卷轴40mm;Prüfbau样品载体;Huber Setting Test Ink cyan 520068;相对纸:与测试纸相同的纸;Gretag McBeth-密度仪(DC-型,带过滤器)。
步骤:1、将两个印刷单元的印刷压力调节至800N;2、调节开关使等待时间为2秒;3、调节印刷速率为0.5m/s;4、称量油墨重量,公差为0.001g,并且将该量的油墨加到Prüfbau印刷设备的上墨部分(注意:对于光泽和丝光/无光泽等级,油墨的量不同);5、分配油墨30s;6、将测试纸片固定到样品载体上;7、将铝Prüfbau卷轴放置在上墨部分上吸收油墨30s;8、称量吸收油墨的卷轴的重量(m1);9、将吸收油墨的铝Prüfbau卷轴放置在左侧印刷单元上,将清洁的卷轴放置在右侧的相对单元上;10、将样品载体压在吸收油墨的铝卷轴上,开始印刷,并同时开启秒表;11、停止印刷;12、将相对纸放置在印刷试样纸片上(顶部对底部);13、上下移动Prüfbau印刷设备的手柄,直到试样载体的空白部位与干净的铝Prüfbau卷轴相对;14、在15、30、60和120秒之后,上下移动Prüfbau印刷设备的手柄,同时在通过压区后竖直地保持相对纸以防止与印刷纸延长的接触;15、印刷后,再次称量吸收了油墨的卷轴(m2),并计算油墨转移量It,以g计,其中油墨转移量It通过It=m1-m2得到,其中m1是印刷前吸收油墨的卷轴的重量,m2是印刷后相同卷轴的重量;16、当油墨干燥时,测试相对纸上区域(15、30、60和120s)的密度(Gretag-Mc
Beth密度仪,青色过滤器),其中一个区域的密度是根据图案取的十个测量值的平均值。
油墨干燥试验:
当开始这一研究时,没有油墨干燥试验是可用的,这是为什么下面给出的三种试验具有渐进发展和不断增加的可靠性和客观性的原因。
拇指试验:
非标准;根据商用印刷(以及油漆测试领域)的一般实践,在几个时间间隔(15、30、60、90....分钟),用(特定)家用纸巾覆盖的拇指(以避免皮肤油脂的影响)用力地挤压(但是通常使用大致相同的力)印刷墨层并同时旋转超过90°。在完全湿润阶段下,所有墨都被擦去,在纸基材上留下明显的白色的点。在完全化学干燥油墨的情况下,没有观察到损害。优选一个和相同的操作者进行全部的试验序列。发现拇指干燥结果粗略地反映最多至100%的物理干燥+一定程度的化学干燥。事实上,结果或多或少可与下面第二个试验中的“棉签(cotton tip)”干燥或第三个试验Fogra中的“尾部(tail)干燥”相比。
白气试验-棉签(挥发油试验)
基本与下面的白气试验-Fogra类似。因此白气试验-棉签与下述的Fogra白气试验相比,具有同样的定义、原理、设备和取样/试片准备。
在制备/印刷方面与Fogra白气试验相比,此处棉签(Q-尖端)浸在白气中,然后用手在打印纸条上擦拭一次,在紧邻印刷区域的区域中开始该次擦拭,因此是在未印刷区域中开始。Ergo,很多(不是固定量)白气不直接在印刷区域自身上(如在Fogra试验中),并且由于尖端的柔软和有限的(不固定,取决于操作者)施加的压力,该试验看起来最能测量尾部干燥值(或多少更多),如以下的Fogra白气试验得到的。
白气试验-Fogra:
白气试验Fogra也用于评价印刷在纸上的单张纸胶版印刷油墨膜化学干燥需要的时间。
定义:油墨的化学干燥:油墨中不饱和植物油通过氧化聚合完全交联。
原理:在Prüfbau印刷设备上使用标准商用油墨印刷样品。在几个时间间隔后,部分印刷样品与白气接触。只要油墨膜没有完全交联,白气就能够溶解纸上的油墨膜。当白气不再溶解油墨膜时,就认为样品是化学干燥的。
装置:Prüfbau印刷设备;40mm铝Prüfbau卷轴;Prüfbau样品载体;Tempo Max Black(SICPA);FOGRA-ACET装置。
取样和测试纸片准备:为了进行白气测试,剪切一片至少5cm长的纸带。然后:1、调节Prüfbau印刷设备印刷轧面的压力至800N;2、调节印刷速度至0.5m/s;3、称量油墨重量,公差为0.005g,并且将该量的油墨加到Prüfbau印刷设备的上墨部分;4、分配油墨30s;5、将测试纸片固定在样品载体上;6、将铝Prüfbau卷轴放置在上墨部分上并吸收油墨30s;7、将吸收油墨的铝Prüfbau卷轴放置在右侧的印刷单元上;8、将样品载体置于吸收油墨的铝卷轴上并开始印刷;9、结束印刷;10、标记印刷时间(例如:白气测试的开始时间);11、选择对应于纸的克重的厚度纸片;12、剪切至少5cm长的纸带;13、将纸带末端粘贴到具有胶带的厚度纸片上;14、将毡垫放置在FOGRA-ACET装置的衬垫固定器上;15、使用全玻璃注射器抽吸0.5ml白气并将其施用到毡垫上;16、将厚度纸片和待测试的样品一起放置在纸片固定器内;17、关闭FOGRA-ACET装置并立即将厚度纸片和粘附在其上的测试样品从装置中抽出;18、评价样品的化学干燥;19、每小时重复该操作,直到样品完全干燥(没有可见的油墨层溶解);20、评价:借助下述标注系统进行样品的视觉评价:5=没有干燥迹象;4=尾部开始干燥;3=尾部中等干燥;2=尾部干燥;1=几乎全部干燥;0=完全干燥。
结论:印刷油墨膜的化学干燥时间是测试样品上的油墨不再溶解时的时间。化学干燥时间以小时给出。
应该指出,在这一第三试验中,干燥结果的最大区别在于:从开始时的稍微物理干燥+0%化学干燥,到100%物理干燥+某种程度上(明显足够的)化学干燥直到点干燥阶段的最后100%化学干燥(当然还有100%的物理干燥)。参考标记“明显足够的”,应该另外指出,几个试验性的试验表明在实践中这种尾部干燥阶段(在Fogra中,大致等于棉签干燥阶段或拇指干燥阶段)对于进一步可接受的可加工性似乎已经足够了(=印刷油墨层足够的机械强度)。并且还要指出的是,所述结果通常以连续的图表来表示,干燥结果从5(=0%干燥)到0(=100%干燥),在该方法中足够的尾部干燥水平为2级。但在实践中,也可以以表格的形式表示干燥结果,0、2和5三级被清楚地标出和提及。在Fogra测试中准确测量白气的量,所有的白气都直接到达印刷纸,那儿的“尖端”比棉签硬,并且压力是完全固定的(可能比棉签方法中的高)。因此这种Fogra方法区分得更清晰,并且因此也表明了100%化学干燥终点。最后应该指出,不仅利用白气试验,而且应结合油墨耐擦性试验的结果,用以可靠地预期可加工性。
液滴试验(也称为抗湿试验)
定义:抗湿:表示基础溶液(foundation solution)对油墨吸收的影响。
原理:在用铝卷轴印刷纸带以前,将20%异丙醇溶液液滴施加到纸上。液滴通过印刷卷轴在纸和油墨间铺展。润湿区域上的颜色密度越高,抗湿性越好。
装置:Prüfbau印刷设备;40mm铝Prüfbau卷轴;Blanket Prüfbau长样品载体;Huber掉毛试验油墨408001;20(v/v)%异丙醇溶液;Gretag-McBeth密度仪(DC型,具有过滤器);
取样和试验纸片的制备:标记纸或纸板的正面。切成约4.6cm×25.0cm的试验纸片。为了纸页递送和卷纸递送,平行于机器方向切割试验纸片的最长侧。然后:1、将两个印刷单元的印刷压力调节至800N;2、将印刷速率调节为1.0m/s;3、称量油墨重量,公差为0.005g,并且将该量的油墨加到Prüfbau印刷设备的上墨部分(对于光泽和丝光/无光泽等级,油墨的量没有差异);4、分配油墨30s;5、将测试纸片固定到样品载体上;6、将铝Prüfbau卷轴放置在上墨部分上吸收油墨30s;7、将吸收油墨的卷轴放置在印刷单元上;8、将样品板紧靠在吸收油墨的卷轴上;9、用移液管将5μl 20%异丙醇滴到纸上;10、在液滴稳定后,立即印刷试验纸片;11、从样品板上移去印刷试验纸片;12、24小时后,测量干燥区域的密度(“干密度”)和润湿区域的密度(“湿密度”)。
结论:用干密度除湿密度并乘以100来计算以百分数表示的抗湿性。该值越高,抗湿性越好。典型地:<20%为非常差;20-30%为差;>30%为好。
胶版印刷合适性试验
范围和应用领域:该试验特指测定抗掉毛性的方法,加湿或不加湿所有的单张纸递送和卷纸递送的纸页和纸板。
定义:胶版印刷合适性:纸页表面强度,以测定用于多色胶版印刷的合适性。
原理:用铝卷轴印刷纸带,并且该纸带与相同的卷轴接触多次(最多6次),直到观察到掉毛。润湿试验纸带的一部分,以便除了显示除抗干掉毛性以外,还可以显示抗湿掉毛性。随着该分裂,油墨的粘性增加。没有掉毛的道(passage)数决定了多色胶版印刷的合适性。
仪器和设备:Prüfbau印刷设备;铝Prüfbau卷轴;Blanket Prüfbau长样品板;油墨:Huber验证(proofing)和斑点试验油墨408010;25%异丙醇溶液;
步骤:称量精度0.01g的准确的0.3g油墨,并且将该量的油墨加到Prüfbau印刷设备的上墨部分;分配油墨1分钟;用移液管将12.5μl 25%异丙醇置于润湿单元上;将铝Prüfbau卷轴置于上墨部分,吸收油墨30s;将试验纸带固定在样品板上;将吸收了油墨的铝Prüfbau卷轴置于第一(左侧)印刷单元上;用吸收了油墨的铝卷轴润湿(提高润湿单元的速率最多至1m/s)和印刷(1m/s)测试纸片;10秒钟后,在相同的印刷单元中相对于相同的卷轴传输试验纸片。检查润湿和未润湿的部分二者是否有某种程度的掉毛;每隔10秒钟的时间,重复这种处理,最多重复6次(不包括印刷),直到观察到掉毛。
结果表达:单独观察润湿和未润湿部分的最后掉毛道,不包括印刷。该值越高越好(最多为6)。
试验结果,第1部分
中间和表面涂布纸(未压光的)的实验室研究:中间涂布纸的克重和厚度,中间涂布纸的纸光泽,和中间涂布纸的纸粗糙度分别图示于图2-4中,其中用IID 4标明的数据不是这些研究的对象。
纸页厚度(calliper),并且使用它时,当在标准造纸机上生产时,中间涂布纸的比体积更高。中间涂布纸MC_1和MC_2的纸光泽明显比那些中间涂布纸的光泽高。这种情况的主要原因似乎是如在IID_3和IID_5中使用的,对于目前标准的中间涂层使用了粗糙颜料(HC60)和更高的淀粉水平。用MC_2实现了最高的光泽水平,其中MC_2在涂层配方中具有100%的HC95。测试PPS值不能证明观察到的光泽度的差异,正如图4中所见的那样。
表面涂布纸(未压光的)的克重和厚度在图5中给出。表面涂布纸的纸页克重标出了从IID_1和IID_2的144gsm到IID_5的151gsm的变化。
未压光的表面涂布纸的亮度和不透明度,以及未压光表面涂布纸的纸光泽水平分别在图6和7中给出。在具有标准配方的纸中见到最高的纸光泽水平,在表面涂层颜料中的二氧化硅轻微降低了纸光泽(Tappi 75°~10%和DIN 75°~5%)
分别在图8和9中给出未压光的表面涂布纸的油墨固化和未压光表面涂布纸的实际印刷光泽相对于纸光泽的图。对于含有二氧化硅的表面涂层可以看到非常快的油墨固化(参见图8,其中图8a)表示的是正面的值,图8b)表示的是丝网侧的值)。在另一方面,对这两种样品,纸光泽和印刷光泽也下降(见图9,未压光纸的正面显示的)。
图10表示的是未压光表面涂布纸的印刷挺度与回弹综合性能(印刷光泽减去纸光泽),图11表示未压光表面涂布纸的胶版印刷合适性(直到失败的次数)。
对于在表面涂层颜料中含有二氧化硅的IID_2和IID_5纸观察到了极快的油墨固化-对如IID_2使用的细中间涂层可能有利。
对于参比纸IID_3测试到了最慢的油墨固化-在中间涂层中使用二氧化硅并使用标准表面涂层(TC_1)导致更快的油墨固化。
极快的短时油墨固化通常在商业印刷机中导致较低的印刷光泽。在IID_1测得了最高的印刷挺度与回弹综合性能-在IID_2中的印刷挺度与回弹综合性能最低。
纸IID_2的胶版印刷合适性表明约是通过大约2次,比参比IID_3的次数低。然而,在表面层颜料TC_3中胶乳的增加导致降低的油墨固化速度和导致增加的印刷光泽水平。因此应该根据印刷光泽等的需要仔细选择这两种组份(二氧化硅,粘结剂)的平衡。
正如图12中所见的那样,对于包含二氧化硅的纸,测得极高的小滴试验值。这里,也观察到中间涂层的显著影响。
纸IID_2的快速短期油墨固化和高吸收率导致在实验室中测得的好的湿油墨抗擦拭性(低值),如图13中可见的(未压光表面涂布纸测试的湿油墨抗擦拭性;越低越好)。
试验结果,第2部分
压光表面涂布纸的实验室研究:参考纸卷IID_3,调节压光设定以达到光泽目标DIN75°(55%),并对所有其它卷保持恒定。选择下面的参数用于压光:
速度:300m/分钟;压区负载:290N/mm;温度:90℃;使用的压区数:11。
压光表面涂布纸的克重和厚度在图14中给出,压光表面涂布纸的亮度和不透明度在图15中给出,和压光表面涂布纸的纸光泽水平在图16中给出。
压光纸的纸克重和厚度是可比的。在压光纸光泽差被大体控制后-对于纸IID_1测到了略微较高的值。
图17显示的是压光表面涂布纸的油墨固化,其中a)表示的是正面的数据,b)表示的是丝网侧的数据。另外,对于在表面涂层中含有二氧化硅的两个涂层IID_2和IID_5可以观察到惊人地出人意料低的油墨固化值。
图18中给出了压光的表面涂布纸的实际印刷光泽对纸光泽的图,图19给出压光表面涂布纸的印刷挺度与回弹综合性能(印刷光泽减去纸光泽),图20给出压光表面涂布纸的胶版印刷合适性(直到失败的次数)。
另外,对于在表面涂层颜料中含有二氧化硅的压光IID_2和IID_5纸观察到了极快的油墨固化-在该快速油墨固化水平可见用于IID_2的细中间涂层的一些优点。
对于参比纸IID_3测试到了最慢的油墨固化-在具有标准表面涂层的中间涂层中使用二氧化硅(TC_1)导致更快的油墨固化。
15秒后测得的粘脏值总体上比未压光纸的慢(纸的平滑度影响)-30秒后压光纸(较细孔)的值更快。
极快的短时油墨固化通常在商业印刷机中导致较低的印刷光泽。在对照IID_3测得了最高的印刷挺度与回弹综合性能-在IID_2中的印刷挺度与回弹综合性能最低。
IID_2纸的胶版印刷合适性低于参比IID_3的胶版印刷合适性。在表面涂层颜料TC_3中胶乳的增加导致降低的油墨固化速度并导致增加的印刷光泽水平。因此,可以根据目前需要调节二氧化硅和乳胶粘结剂这两种组份的平衡。
图21显示压光表面涂布纸的小滴测试结果。纸IID_2和IID_5的快速短期油墨固化和高吸收率导致在实验室中测得的好的湿油墨抗擦拭性(低值),甚至在印刷后5分钟也是如此,如图22中可见的,该图中图示地给出了表面涂布纸湿油墨抗擦拭性。
在实验室中进行的白色气体试验(见图23,白气试验数据,棉签)显示表面层中含有二氧化硅的纸具有较快的物理和化学干燥。
试验结果,第3部分,实际印刷试验
在实际的单张纸印刷机上印刷未压光和压光的纸,以检查光泽和开发丝光纸的可能性。仅印刷正面。
a)未压光纸:
图24显示未压光印刷纸的油墨耐擦性结果(油墨耐擦性是印刷者广泛使用的术语)。
通常,观察到在印刷机上测得的较高(较差)的未压光纸的油墨耐擦值-纸IID_5最好,参比IID_3最差。
下表4中给出的耐折度试验评价显示:对于未压光纸IID_2,甚至在印刷后0.5小时之后,300%印刷的区域(相对空白区域)的折叠处形成印记的趋势最低,随后是纸IID_1,在印刷后2小时具有好的水平。在耐折度试验中不含二氧化硅的纸IID_3明显更差。
在印刷机上对400%印刷区域进行的白气(挥发油试验,棉签)试验中发现相同的趋势-纸IID_2在3小时后,纸IID_5在4小时后,纸IID_1在5小时后开始变干(化学干燥),而参比纸IID_3直到24小时后还没有观察到物理和化学干燥。
总的来说,通过实际的印刷试验证实,使用二氧化硅明显改进了物理和化学干燥过程。
以小时计的干燥时间
0,5 1 2 3 4 5 6 7 >48
IID_2 纸1:D3a 在表面涂层和调节的 折叠 + + + + + + + + ++
中间层中8份二氧化硅 挥发油测试 湿 湿 湿 湿/干 干 干 干 干 干
油墨耐擦 5,5 5,2 4,8 5 4,5 3,4 4,8 4,4 3,8
IID_1 纸2:D1a 在中间涂层和标准表面 折叠 = = +/m + + + + + ++
涂层中10份二氧化硅 挥发油测试 湿 湿 湿 湿 湿 湿/干干 湿/干 湿/干 干
油墨耐擦 5,3 5,2 3,3 4,6 4,4 4,7 4,6 4,3 3
IID_5 纸3:D3 在表面涂层和标准中间 折叠 - - - - - - - - ++
层中8份二氧化硅 挥发油测试 湿 湿 湿 湿 湿/干 湿/干 湿/干 湿/干 dry
油墨耐擦 3,2 2,8 3,6 3,2 2,8 2,9 2,9 2,9 1,8
IID_3 纸5:D1 标准 折叠 -- -- -- -- -- -(-) - - ++
挥发油测试 湿 湿 湿 湿 湿 湿 湿 湿 dry
油墨耐擦 7,4 8,9 4 4,9 3,8 4,7 3,6 3,8 2
配体 | ++ | 明显更好 |
+ | 更好 | |
= | 相等 | |
- | 更差 | |
-- | 明显更差 |
表4在印刷机上进行的未压光纸的研究
图25中给出了未压光纸的斑点评价结果。印刷纸的K+E相对实验结果(直到没有相对可见的时间-越少越好):IID_1=240秒;IID_2>180秒;IID_3>300秒;IID_5>240秒。所有试验都在400%区域上进行。
b)压光纸:
图26显示压光印刷纸的油墨耐擦性结果。观察到,与未压光纸相比,压光纸在印刷机上测得更好(更低)的油墨耐擦性,纸IID_2最好水平,对照IID_3最差水平。
下表5中给出的耐折度试验评价显示:对于含有二氧化硅的压光纸IID_1、IID_2和IID_5,甚至在0.5小时之后300%印刷区域(相对空白区域)的折叠处形成印记的趋势最低。不含二氧化硅的纸IID_3在耐折度试验中明显更差。
在印刷机上对400%印刷区域进行的白气(棉签)试验中发现相同的趋势-纸IID_2在2小时后,纸IID_1和纸IID_5在4小时后开始变干,而参比纸IID_3直到24小时后还没有观察到物理和化学干燥。
总的来说,通过实际的印刷试验证实,使用二氧化硅明显改进了物理和化学干燥过程。
实验室测试的趋势显示了与印刷机中的观察具有很好的相关性。
以小时计的干燥时间
折叠 0,5 1 2 3 4 5 >48
IID_2 纸11:D3a 在表面涂层和调节的 挥发油测试 + + + + + + ++
中间层中8份二氧化硅 油墨耐擦 湿 湿 湿/干 干 干 干 干
2,1 2,1 2 1,1 1,8 2,1 1,1
IID_1 纸12:D1a 在中间涂层和标准表面 折叠 +(+) + + + + + ++
涂层中10份二氧化硅 挥发油测试 湿 湿 湿 湿 湿/干 湿/干 干
油墨耐擦 3,4 1,9 2,5 2,5 2,7 2,9
IID_5 纸13:D3/Gk 在表面涂层和标准中间 折叠 + + + + + + ++
层中8份二氧化硅 挥发油测试 湿 湿 湿 湿 湿/干 湿/干干 干
油墨耐擦 2,5 2,1 1,9 1,7 2 1,8 1,2
IID_3 纸15:D1 标准 折叠 - - - - - - ++
挥发油测试 湿 湿 湿 湿 湿 湿 干
油墨耐擦 4,9 2,5 1,3 1,8 1,6 1,5 0,5
配体 | ++ | 明显更好 |
+ | 更好 | |
= | 相等 | |
- | 更差 | |
-- | 明显更差 |
表5在印刷机上进行的压光纸的研究
无光泽纸的油墨耐擦水平明显比压光纸的一种差。
观察到压光纸IID_1和IID_2具有最好的斑点趋势(较低的值),其还具有非常快的物理和化学干燥行为。图27显示压光纸的斑点评价。
印刷的纸的K+E相对实验结果(直到没有相对可见的时间-越少越好)如下:IID_1=240秒;IID_2=180秒;IID_3>420秒;IID_5>360秒。所有试验都在400%区域上进行。
压光纸的纸表面越平滑,越多的油墨转移到相对纸上,这使得可以在直到没有相对(countering)可见的时间较长。
试验结果,第4部分
进一步的努力是为了说明配方的临界限制,在单独的一系列实验中评价涂层中二氧化硅含量的影响。用Bird涂布机(实验室用涂布机)将制得的表面涂层施加在没有表面涂层的常规纸基材上,表示250gsm的环衬纸,即在基材上仅有常规的中间涂层组合物。表面涂层颜料中二氧化硅(在该情况下为Syloid C803)的量由0%(标准表面涂层)提高到3%和10%(见下表6)。
对于所有的涂层配方,胶乳水平保持恒定在8pph的水平。
在实验室中对纸进行压光(2次,2000daN的压区载荷,75℃的钢辊温度)并测试。
产品/试验编号 | SC | 20 | 21 | 23 |
Setacarb HG | 75.0 | 100 | 100 | 100 |
Litex | 50.0 | 8 | 8 | 8 |
淀粉 | 25.0 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
PVOH | 22.0 | 1.8 | 1.8 | 1.8 |
增稠剂 | 30.0 | 0.024 | 0.024 | 0.024 |
Polysalz S | 40.0 | 0.1 | 0.1 | |
Syloid C803 | 99.4 | 10 | 3 | |
基于颜料atro | 500 | 500 | 500 | |
固体 | 69.24 | 70.99 | 69.75 |
表6:表面涂层、涂层颜料组合物的配方%
产品/试验编号 | 20 | 21 | 23 | ||
粘脏 | |||||
粘脏15秒 | 正面 | 0.90 | 0.27 | 0.63 | |
丝网侧 | |||||
粘脏30秒 | 正面 | 0.53 | 0.07 | 0.12 | |
丝网侧 | |||||
粘脏60秒 | 正面 | 0.07 | 0.01 | 0.04 | |
丝网侧 | |||||
粘脏120秒 | 正面 | 0.03 | <0.01 | 0.01 | |
丝网侧 | |||||
湿油墨擦拭 | |||||
15分钟 | 正面 | 1.78 | 1.45 | 2.69 | |
30分钟 | 正面 | 6.43 | 0.77 | 9.2 | |
60分钟 | 正面 | 3.1 | 0.74 | 8.44 | |
120分钟 | 正面 | 3.05 | 0.7 | 5.27 | |
化学油墨干燥 | |||||
拇指试验 | 正面 | h | 3 | <1 | 1.5 |
拇指试验 | 丝网侧 | h | |||
白气试验(棉签) | 正面 | h | >3,5 | 1 | 3.5 |
白气试验(棉签) | 丝网侧 | h | |||
光泽度(未印刷的) | |||||
光泽度Tappi 75° | 正面 | 74.3 | 64.6 | 74.1 | |
丝网侧 | |||||
光泽度DIN 75° | 正面 | 55.6 | 43.9 | 53.6 | |
丝网侧 | |||||
光泽度DIN 45° | 正面 | 17.0 | 8.2 | 16.4 | |
丝网侧 | |||||
光泽度(关于油墨干燥试验印刷的) | |||||
光泽度Tappi 75° | 正面 | 77.4 | 66.8 | 77.3 | |
丝网侧 | |||||
光泽度DIN 75° | 正面 | 34.1 | 26.6 | 34.4 | |
丝网侧 | |||||
光泽度DIN 45° | 正面 | 19.1 | 11.3 | 18.5 | |
丝网侧 |
表7:根据表6的配方20、21和23的试验发现
结果讨论:
·在该系列中,存在不到3或5份的二氧化硅不产生显著的所需性能,因此发明的选择显然受该界限的限制。
·根据(短时间)粘脏实验的结果,10份硅胶Syloid C803的存在导致非常快的物理油墨干燥行为。此外,如预期的,在Syloid C803的量小的情况下,这种快速行为降低。
·但是,非常令人惊奇的是,10份Syloid C803的存在还明显地引起了物理和化学的油墨干燥行为的非常显著的提高:白气实验,在<1h干燥(拇指试验)和=1h干燥(棉签)。
·Syloid C803产品的潜在缺点是其相对低的印刷光泽和纸光泽部分与其油墨的快速物理固化行为有关。用于改进印刷光泽的可能方案:更多胶乳粘结剂,见下面的第5部分。
·除了表面性质和多孔性以外,对于Syloid C803的固有物理和化学干燥潜能的另一种解释似乎是在内孔表面上存在例如Fe(20-50ppm)和Mn(<2ppm)的残留过渡金属(来自原料水玻璃)。非常通常的说法是,所用二氧化硅中过渡金属的选择性富集可能进一步提高二氧化硅(凝胶)的物理和化学干燥效果。
关于最后一个问题,进行进一步的研究以确定这些痕量金属的实际含量。使用ICP对各种商业可得的二氧化硅进行元素分析,其中如下制备样品:GASIL 23D:(1.0g);:GASIL 35M:(1.0g);Ludox PW50:(5.0mL);Sylojet 710A:(5.0mL);Syloid C803(1.0g)与HNO3混合为50ml溶液,用于ICP分析。获得如表8中给出的值。
样品 | 颜料类型 | SiO2含量[%] | 油墨吸收[g/100g] | 孔隙体积[ml/g] | 平均粒径[μm]供应商 | 平均粒径[μm]Sappi | 比表面积[m2/g]供应商 | 比表面积[m2/g]Sappi | 油墨干燥趋势(10低到0高) | Fe | Mn | Co | Cr | Ni | Zn | V | Cu |
GASIL35M | 无定形硅胶 | 200 | 1.2 | 4 | 1 | 49 | 1.4 | 0.05 | 1.35 | 1.15 | 1.7 | 0.05 | 0.8 | ||||
LudoxPW50 | 胶体二氧化硅 | 50 | 0 | 0.1 | 75 | 4 | 78.2 | 7.1 | 14.3 | 47.1 | 12.8 | 7.0 | 0.2 | 16.9 | |||
Sylojet710A | 无定形硅胶 | 0.9 | 1.0 | 0.94 | 250 | 1 | 41.6 | 1.7 | 0.19 | 1.67 | 1.8 | 6.7 | 0.19 | 2.1 | |||
Sylojet703A | 无定形硅胶 | 0.7 | 0.3 | 250 | 1 | ||||||||||||
SyloidC803 | 无定形硅胶 | 99.4 | 320 | 2 | 3.5 | 0.93 | 330 | 294 | 1 | 26.1 | 1.6 | 0.1 | 1.38 | 1.0 | 11.9 | 0.5 | 3.5 |
表8不同二氧化硅颜料的金属含量及其油墨干燥趋势。根据白气试验评价油墨干燥趋势。金属含量的所有值是材料的固体(部分)中的ppm金属。
可以看出,其特征在于相当高的金属含量的产品Ludox PW50没有显示出令人满意的油墨干燥趋势。对于这一现象的解释在于以下事实:这种二氧化硅几乎不具备孔隙度并且其表面积对于表现出显著的物理和化学干燥效果来说太小。
如上述已经指出的,理论上,根据本发明,不仅二氧化硅可以用于产生上述效果,而且通常的颜料(例如碳酸盐、高岭土、粘土)也可以用于产生上述效果,只要所述颜料具有如上关于二氧化硅的说明中所述的孔隙度、粒径分布和比表面积,优选只要其包含表8给出的相同范围内的痕量金属。
试验结果,第5部分
如上所指出的,胶乳含量可以用于略微减慢短时标的油墨固化和用于提高光泽度。为了显示粘结剂的要求范围确实是创造性选择,进行了一系列实验以找出最佳的胶乳含量。
纸基材:没有表面涂层的常规纸,250gsm的环衬纸质量。逐步将含有二氧化硅(10%)的涂层的胶乳水平提高到8~10和12pph。通过Bird涂布机施加涂层颜料(实验室用涂布机,在纸上的涂布量为5-7g/m2→非常低,但应可以观察到趋势)。在实验室中对纸进行压光(2次,2000daN的压区负荷,75℃的钢辊温度)并测试。
涂层颜料组成% | |||||
参比 | 2 | 4 | 标准 | ||
产品/试验编号 | SC | 1 | 2 | 3 | 4 |
Setacarb HG | 75,0 | 90 | 90 | 90 | 100 |
Litex | 50,0 | 8 | 10 | 12 | 8 |
淀粉 | 25,0 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 |
PVOH | 22,0 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 |
增稠剂 | 30,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,024 |
硬脂酸钙 | 50,0 | 0,700 | 0,700 | 0,700 | |
1 | |||||
Syloid C803 | 99,4 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | |
基于颜料atro | 250 | 250 | 250 | 250 | |
固体 | 70,50 | 70,00 | 69,51 | 69,24 | |
固体目标A | 60,00 | 60,00 | 60,00 |
表9用于评价乳胶粘结剂含量的影响的配方
结果总结于表10:
固体 | 拇指干燥 | 白气干燥(棉签) | 固体 | 印刷光泽Tappi 75 | 印刷光泽Din 75 | 印刷光泽Din 45 |
1 | 1h | 1-2h | 60,0% | 65.88 | 25.05 | 11.40 |
2 | 1h | 1h | 59,7% | 74.17 | 33.16 | 17.77 |
3 | 2h | 3h | 60,5% | 80.63 | 39.23 | 22.80 |
4 | 3-4h | >5h | 68.9% | 87.42 | 38.58 | 22.96 |
表10乳胶粘结剂含量影响的评价的结果
粘脏和MCIS测试表明干燥行为仅略微地受胶乳含量的影响
结论:
·通过使用更多的胶乳,短时间油墨固化(粘脏)变慢(对于+2和+4pph的胶乳,没有观察到显著的另外的不同),但仍然比参比纸更快。
·如果加入更多的胶乳,印刷光泽提高(由较慢的粘脏引起)。
·加入更多的胶乳,长时间油墨固化速度(多色油墨固化)也略微降低(比参比纸慢)。
·如果额外加入2pph的胶乳,则油墨干燥时间(拇指试验)没有延长。
·额外加入4份减慢了油墨干燥,但加入+4pph胶乳得到的水平依然好于参比试样。印刷光泽可与参比试样相比(DIN75和DIN45的值)。试验结果,第6部分
该部分的目的是为了确定含有二氧化硅的中间涂层和表面涂层的最佳原理以提高物理和化学的油墨干燥。
实验:纸基材:没有中间涂层和表面涂层的常规纸,250gsm的环衬纸。通过实验室用涂布机施加制得的中间涂层和表面涂层(仅在一侧涂布,预涂层施加12gsm,表面涂层施加12gsm)。在实验室中对纸进行压光(2次,2000daN的压区负载,75℃的钢辊温度)并测试。
根据表11进行试验:
试验编号 | 第一涂层 | 第二涂层 |
45 | 预涂布2 | TC2 |
47 | 预涂布2 | TC6 |
48 | 预涂布3 | TC1 |
49 | 预涂布3 | TC2 |
50 | 预涂布3 | TC3 |
53 | 预涂布3 | TC6 |
表11评价中间涂层的试验
用下述配方试验(见表12):
预涂布2 | 预涂布3 | TC1 | TC2 | TC3 | TC6 | ||
产品/试验编号 | SC | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 9 |
Setacarb HG | 75.0 | 100.0 | 95.0 | 90.0 | 90.0 | ||
Hydrocarb 95 | 78.0 | 95.0 | 100.0 | ||||
Syloid C803 | 99.4 | 5.0 | 5.0 | 10.0 | 10.0 | ||
胶乳 | 50.0 | 11.5 | 11.0 | ||||
Litex | 50.0 | 8.0 | 8.0 | 8.0 | 10.0 | ||
淀粉 | 25.0 | 1.0 | 1.0 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
CMC | 20.0 | 0.3 | 0.3 | ||||
PVOH | 22.0 | 0.3 | 0.3 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 |
增稠剂 | 30.0 | 0.027 | 0.027 | 0.027 | 0.027 | ||
硬脂酸钙 | 50.0 | 1.0 | 1.0 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
基于颜料atro | 700 | 1000 | 300 | 600 | 300 | 500 | |
固体 | 71.90 | 71.42 | 69.07 | 69.78 | 70.50 | 70.00 | |
固体目标A | 62 | 68 | 68 | 62 | 57 | 57 | |
固体目标B | |||||||
固体目标C |
表12用于根据试验部分6的试验的配方
首先施加的涂层是中间涂层或第二涂层;第二施加的涂层是表面涂层。
印刷性质的结果总结于表13中:
预涂布2+TC2 | 预涂布2+TC6 | 预涂布3+TC1参比 | 预涂布3+TC2 | 预涂布3+TC3 | 预涂布3+TC6 | |||
粘脏 | ||||||||
粘脏15秒 | 正面 | 0.41 | 0.23 | 0.58 | 0.34 | 0.10 | 0.23 | |
丝网侧 | ||||||||
粘脏30秒 | 正面 | 0.13 | 0.06 | 0.24 | 0.10 | 0.03 | 0.06 | |
丝网侧 | ||||||||
粘脏60秒 | 正面 | 0.03 | 0.02 | 0.05 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | |
丝网侧 | ||||||||
粘脏120秒 | 正面 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.01 | 0.00 | 0.00 | |
丝网侧 | ||||||||
印刷光泽 | ||||||||
纸光泽Tappi 75° | 正面 | 69.8 | 67.3 | 76.5 | 69.6 | 62.1 | 68.7 | |
印刷光泽Tappi 75° | 正面 | 89.2 | 84.6 | 91.4 | 86.2 | 72.0 | 86.7 | |
δ印刷光泽 | 正面 | 19.4 | 17.3 | 14.9 | 16.6 | 9.9 | 18.0 | |
化学油墨干燥 | ||||||||
白气试验(棉签) | 正面 | h | 2-3 | 2-3 | 7 | 2-3 | 1-2 | 2-3 |
白气试验(棉签) | 丝网侧 | h |
表13试验部分6的印刷性能的总结
结论:
标准中间涂层(PC_3)上的不同表面涂层:
加入5%和10%的二氧化硅(Syloid C803)导致短时间油墨固化速度(粘脏)逐步提高,这对于在印刷机中的可工作性是不利的,但是,通过适当提高胶乳的含量可以降低粘脏水平。
表面涂层配方中所用的二氧化硅的量越高,白气测试分析值(棉签)越快。含有10%的Syloid C803,物理和化学的油墨干燥由7小时(参比)提高到1-2小时(在实验室条件下测量)。
表面涂层中的二氧化硅含量越高,所制得的纸的纸光泽水平越低。
通常快速的短时间油墨固化也是低印刷光泽值的原因-为了进一步改进,可以提高胶乳水平以抑制这种不希望的印刷光泽度的轻度降低。
试验结果,第7部分
为了确认,进行另外一组实验,其中中间涂层的配方如表2中给出的,表面涂层中的配方根据表14。
表面涂布 | TC_1 | TC_3 | |
试验序号 | 固体 | ||
[%] | |||
HC 60 | 78 | 3 | |
HC 90 | 76.5 | 15 | |
颜料SFC | 72 | 72 | 77 |
颜料Syloid C803 | 98 | 8 | |
Amazon | 72 | 10 | 15 |
Acronal | 50 | 6.5 | 8.5 |
胶乳 | 50 | 1 | 1 |
CMC | 93.5 | 0.5 | 0.5 |
PVOH | 20 | 1.2 | 1.2 |
Fluocast | 50 | 0.55 | 0.55 |
Polysalz S | 45 | 0.1 | 0.1 |
表14表面涂层的配方
试验结果,第8部分
为了评价在涂层中与二氧化硅组合使用化学干燥助剂的可能性,和为了测试不必使用抗粘脏粉末和/或红外干燥和/或罩印清漆来使用根据本发明的纸的可能性,进行另外的更加详细的分析。
抗粘脏粉末是纯食品淀粉与添加的抗结块剂和流动剂的混合物,并且可以在很宽的粒径范围(~15至~70μm)内应用。淀粉可以是木薯淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉、或马铃薯淀粉。当喷洒在印刷表面上时,淀粉防止了底材的前侧或印刷侧与下一底材的背侧或未印刷侧紧密接触。淀粉颗粒作为隔离物。
胶版印刷粉末在使用墨的加工应用中明显起到非常重要的作用,其中所述墨需要氧化以达到其最终特性。尽管胶版印刷粉末非常有益,但它们可能具有有害特征。在当需要完美表面外观而进一步加工印刷底材的应用中,使用胶版印刷粉末可能不合适。例如在将利用粘合剂将印刷底材层压到透明膜上的情况下。该应用可以是标签(label),在该标签上必需光泽度和光学完美的外观。胶版印刷粉末的撒粉产生类似于尘垢或其它污染物的喷洒:将会在层制品中产生表面缺陷并严重损坏最终的外观。它们夹在层制品中并导致“凸凹不平”的外观。这可能是很小规模的,但是在靠近观察时它通常足够导致不能令人满意的外观。另一种可能不适合使用胶版印刷粉末的应用是用于制备在模内(in-mould)标签工艺中所用的标签的印刷基材上。在该工艺中,在塑料基材上印刷的标签在模制操作期间成为注射模制或吹塑模制容器的整体部分。对于流行的“无标签”外观,光学特征必须使得消费者在任何情况下不能够看到标签。胶版印刷粉末、灰尘、或任何类似物的斑点将损害这种标签的外观并使其不令人满意。
因此,需要开发不使用这种粉末的纸质基材。
将具有下表中列出的配方的涂层施加到传统的不含磨木浆的纸上,其中在基材的两侧涂布重量为11gsm的预涂层和也为11gsm的表面涂层。
研究的预涂层配方在表15中列出,表面涂层配方和如何将其与预涂层组合在表16中列出。
预涂布: | V6 | V7 | V8=V6 | V9=V6 | V10=V6 | V11=V6 | V12=V7 | ||
固体[%] | |||||||||
HC 60 M HH | 78 | 43 | 43 | ||||||
HC 90 | 75 | 45 | 45 | ||||||
HC 95 M HH | 78 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |||
颜料Syloid C803 | 99.4 | 12 | 12 | ||||||
粘结剂/添加剂 | |||||||||
胶乳 | 50 | 9 | 11.5 | 9 | 9 | 9 | 9 | 11.5 | |
PVOH | 22 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
Polysalz S | 40 | 0.1 | 0.1 |
表15预涂层的配方
IID_6 | IID_7 | IID_8 | IID_9 | IID_10 | IID_11 | IID_12 | |||
预涂布 | V10 | V12 | V8 | V9 | V6 | V11 | V7 | ||
表面涂布 | D6 | D7 | D8 | D9 | D10 | D11 | D12=D6 | ||
固体[%] | |||||||||
HC 60 M HH | 78 | 3 | 3 | 3 | |||||
HC 90 | 75 | 15 | 15 | 15 | |||||
HC 95 M HH | 78 | ||||||||
SFC | 72 | 72 | 72 | 77 | 73 | 70 | 77 | 72 | |
Amazon 88 | 74 | 10 | 10 | 15 | 15 | 15 | 15 | 10 | |
颜料Syloid C803 | 99.4 | 8 | 12 | 15 | 8 | ||||
胶乳Acronal | 50 | 8.0 | 8.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 8.0 | |
胶乳 | 50 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | |
PVOH | 22 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
Polysalz S | 40 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | |
醋酸锰 | 100 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
表16表面涂层的配方
所有的涂层具有良好的可工作性而没有刮痕,并且具有高的纸光泽性-利用200kN/m的压区负荷达到纸光泽水平(55%DIN 75°)。
在表面涂层中使用的二氧化硅含量越高,通常纸的光泽度越低。醋酸锰的添加没有明显影响纸的光泽度。在预涂层中使用二氧化硅导致表面涂布纸的光泽度略微降低(在压光之前)。
由于超出其它催化剂体系的多个优点,所以优选使用醋酸锰(II),并且必须指出的是,如面已经指出的,这种锰络合物的使用并不限于本发明的涂层,而可以扩展到任何其它涂层。醋酸锰体系的特征在于无味、较低的价格、更容易水可溶的盐、对亮度/暗度(shade)的较小影响、无环境/健康问题。事实上由于这种体系的充分的催化活性,含有Mn(II)以及同时在涂层(表面涂层或位于表面涂层之下的第二涂层)中含有Mn(II)是有益的。如果存在Mn(II)和至少一些(III)价醋酸盐,将获得最佳活性。一种有利的方法是在引入II形之后紧接着内在地引入必须的醋酸锰(III),同时可能产生最少量的总体褐色的且事实上非常不可水溶的Mn(III)形式,该方法可能如下:
a)为了使得Mn离子完全可作为游离催化物质,额外添加0.1pph的Polysalz。应当想到,如果不添加该组分,那么高价Mn离子非常有可能强烈干扰涂料中的碳酸钙分散体或甚至与其结合,以及通过与双层的相互作用以使它们不稳定/凝聚,也使得涂层质量降低;
b)醋酸锰作为最后成分缓慢添加到表面涂料组合物中,其中优选通常在pH=8.5-9时开始。可能是最高达10的更高pH,并且结果(某些Mn(III))不仅令人满意而且醋酸锰的溶解行为因而更好/更快;
c)在醋酸锰溶解后(通过视觉判断),还优选再次将pH调节到最高达约8.5(当溶解与醋酸锰反应的酸时,pH通常下降);
d)最后,为了完全将醋酸锰溶解到分子水平,从而使其完全可应用在催化循环中,具有额外的混合时间(在本实践中通常为30分钟)似乎是有益的。
优选存在占表面涂层总干重量0.1-0.6重量%Mn(=II+III)的醋酸锰。更优选存在0.2-0.4%。必须指出的是,其它Mn盐/络合物也是可能的,例如Mn(II)acac。通过不同的方法,醋酸锰自身的催化活性可以得到提高和/或支持:A)结合第二干燥剂和/或辅助干燥剂;B)结合可靠的配体,例如与bpy结合,其活性非常高并且几乎等于例如Nuodex/bpy体系,所以与其它配体结合时活性可以明显增加到有吸引力的水平;C)添加例如Li(acac)的体系;D)添加过氧化物(处于适当稳定但是可利用的形式)以直接在原位具有必须的氧而不受扩散限制。
从图28和29中可以看出,其分别显示白气测试(Fogra)和湿油墨抗擦拭测试结果,具有参比表面涂层并且在预涂层中含有二氧化硅的纸IID 7在实验中显示出最慢的物理和化学干燥倾向。在表面涂层中含有二氧化硅,可达到3或2小时(尾部干燥,对于较高的二氧化硅含量)的干燥时间。纸IID_11:使用结合8%二氧化硅的醋酸锰导致进一步提高2小时(而不是3小时)。在这种情况下,测试纸上的点(dot)(比尾部更加关键)在3至4小时之间干燥。二氧化硅的使用导致了在试验室中湿油墨抗擦拭性能(油墨耐擦性)的改进。在预涂层中添加醋酸锰或二氧化硅导致了进一步的改进。
IID_6 | IID_7 | IID_8 | IID_9 | IID_10 | IID_11 | IID_12 | ||
粘脏15秒 | 正面 | 0.48 | 0.68 | 0.16 | 0.02 | 0.01 | 0.25 | 0.26 |
粘脏30秒 | 正面 | 0.08 | 0.29 | 0.02 | 0.01 | 0 | 0.02 | 0.1 |
粘脏60秒 | 正面 | 0.01 | 0.02 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
粘脏120秒 | 正面 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
粘脏15秒 | 丝网侧 | 0.5 | 0.63 | 0.12 | 0.02 | 0.01 | 0.12 | 0.31 |
粘脏30秒 | 丝网侧 | 0.13 | 0.11 | 0.01 | 0.01 | 0 | 0.02 | 0.07 |
粘脏60秒 | 丝网侧 | 0.01 | 0.02 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
粘脏120秒 | 丝网侧 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
MCIS(200%)2分钟 | 正面 | 0.03 | 0.07 | 0.03 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.05 |
MCIS(200%)6分钟 | 正面 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0 | 0 | 0 | 0 |
MCIS(200%)10分钟 | 正面 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
MCIS(200%)2分钟 | 丝网侧 | 0.04 | 0.06 | 0.04 | 0.03 | 0.01 | 0.02 | 0.03 |
MCIS(200%)6分钟 | 丝网侧 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0 | 0 | 0 | 0 |
MCIS(200%)10分钟 | 丝网侧 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
表17 IID_6到IID_12的粘脏数值
如从图30和32以及表17中可以看出的,观察到在预涂层中含有二氧化硅并且在参比表面涂层中不含有二氧化硅或醋酸锰的纸IID_7的油墨固化最慢。提高表面涂层中二氧化硅的量导致较快的起始油墨固化行为。与不含有二氧化硅的预涂层相比,在预涂层中使用二氧化硅导致略微较快的粘脏。短时间和长时间油墨固化值相当小。所有纸的胶版印刷合适性(干燥)以及多色纤维掉毛水平相当低(胶版印刷合适性在多数情况下为0-纸IID_7的评价最好)。
在这些实验中使用的特定化学干燥助剂是Mn(II)(Ac)2·4H2O。应当指出的是,这种特定的过渡金属络合物是高效的化学干燥助剂,并且虽然与二氧化硅结合显示了协同效应,但它通常是用在表面涂层或预涂层中的有用的化学干燥助剂。其优点之一在于其价格,并且还在于稳定性和易处理性,以及由于其多少影响具有该化学干燥助剂的涂层颜色的事实。
印刷特性:
测试纸(全部为135g/m2):Scheufelen(制造商),BVS+8(名称):D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12(均如上述所给出的)。
印刷条件:印刷机:Grafi-Media(Swalmen,NL);印刷(press):Ryobi 5彩色;油墨颜色顺序:Sicpa Tempo Max B、C、M、Y;印刷速度:11.000张/h;抗粘脏粉末:有/无;红外干燥器:无。
进行测试:折叠:交叉折叠(1个搭扣式折纸机、1个刀式折纸机、无皱折);油墨耐擦性;白气测试;粘连测试(无抗粘脏粉末)。测试时间:1/2小时、1小时、2小时、3小时、4小时、24小时、>48小时。
粘连测试结果:
D6在300%面积内具有轻微的沾污;
D7非常轻微的沾污(好于D6);
D8在300%面积内具有非常轻微的沾污(~D6);
D9无沾污;
D10无沾污;
D11在300%面积内具有非常轻微的沾污(比D6稍微多些,但是比BVS+少);
D12在300%面积内具有轻微的沾污(比D6稍微多些,但是比BVS+少);
BVS+ 沾污
用粉末的D8 无沾污
用粉末的D11 无沾污
用粉末的BVS+ 无沾污
没有纸出现粘连。使用抗粘脏粉末印刷的纸没有出现任何沾污。具有最多沾污的纸是BVS+。D9和D10(D8和D11也有略微较轻的程度)没有出现任何印记。它们可不使用任何抗粘脏粉末来印刷。
耐折测试结果:
在搭扣式折纸机上进行耐折度测试。与Haletra印刷机相反,第二折叠没有皱折模块,使得折叠稍微小于临界值。借助于从0(无可视印记)到5(非常强的印记)的印记,评估耐折度测试。耐折度测试结果概括于表18中。
纸 | 小时 | 1小时 | 2小时 | 3小时 | 4小时 | ∞ |
D6 | 1.00 | 1.25 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.25 |
D7 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 |
D8 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
D9 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 |
D10 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 |
D11 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 |
D12 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.75 |
BVS+ | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.75 |
D8使用粉末 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
D11使用粉末 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 |
BVS+使用粉末 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
表18折叠测试的结果,所有的数据都是单数据点
在折叠处印记的一般水平经一组专业人士(印刷者)评价,结果为非常好。在1/2小时至∞(=一周)之间,印记只有非常小的区别甚至没有区别,这意味着化学干燥对折叠测试只有非常小的附加影响。纸之间仅有非常小的区别。
油墨耐擦性结果:
在印刷纸张上,在300%区域B、C、M上进行湿油墨抗擦拭测试。该测试的结果图式性地概括于图33中。所有的纸大体上都显示出非常好的油墨耐擦性水平。
最好的纸是D11,随后为D7、D8、然后是D9和D10。D6、D12和BVS+具有相同水平的印记。
白色气体测试结果(Fogra):
在300%区域B、C、M上对印刷的纸张进行白气测试(尾部干燥)。结果概括于表19中。
纸 | 白气干燥时间(小时) |
D6 | 4<t<24 |
D7 | 3 |
D8 | ≥4 |
D9 | 1/2 |
D10 | 1/2 |
D11 | 3 |
D12 | ≥4 |
BVS+ | 4<t<24 |
D8使用抗粘脏粉末 | ≥4 |
D11使用抗粘脏粉末 | 3 |
BVS+使用抗粘脏粉末 | 4<t<24 |
表19白气测试结果,
最快的纸是D9和D10,其在1/2小时后干燥。最慢的纸是BVS+,接着是D6。
从该实验部分可以得出如下结论:
·D9和D10在没有任何抗粘脏粉末时是可印刷的。
·D7以及D11在没有任何抗粘脏粉末时也是可印刷的(在临界区上仅有少量印记)。
·对于湿油墨抗擦拭性测试,水平非常好,但是,D11显示出最佳的结果,随后是D7和D8。
试验结果,第9部分
在上述实施例中,尤其使用了Syloid C803,其是硅胶的一个例子。另一方面,如在引言部分中所概括的,这种硅胶也可以被沉淀二氧化硅替代,只要所述沉淀二氧化硅具有相应的特定表面性质。为了证明这一点,下述中给出了沉淀二氧化硅的实例,具体为可从Degussa以商品名Sipernat获得的产品,并且实验方案应当与具有含硅胶颜料部分的涂层的相应纸基材比较,从而允许与上述提到的所有方案进行比较。已经使用的两种沉淀二氧化硅是Sipernat 310和Sipernat 570。这些沉淀二氧化硅颜料具有下表21中给出的性质。
用实验室用涂布机将制得的表面涂层施加在没有表面层的常规纸基材上,所述常规纸为115gsm的环衬纸,也即,在仅具有常规的预涂层组合物的基材上。所有涂层的胶乳水平都保持恒定在12pph。在实验室中对纸进行压光(10次,1000daN的压区负载,75℃的钢辊温度)并测试。
表20中给出了含有沉淀二氧化硅的实例的配方和含有硅胶的对比例的配方,所有值都是重量份数:
面涂层 | TC_2 | TC_3 | TC_4 | TC_5 | TC_15 | 参比 | |
固体[%] | |||||||
CC85 | 72.0 | 100 | |||||
颜料SFC | 72.1 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | |
Setacarb GU | 75.0 | ||||||
Gasil 35M | 99.0 | 20 | |||||
Sipemat 310 | 99.0 | 20 | |||||
Syloid C803 | 99.0 | 20 | |||||
Sipernat 570 | 99.0 | 20 | |||||
Sylojet 710A | 20.0 | 20 | |||||
胶乳 | 50.0 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 9 |
PVA | 18.0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
CMC | 93.5 | 0.28 | 0.2 | ||||
Polysalz S | 50.0 | 0.3 | 0.3 | 0.2 |
表20第9部分的配方
为了进一步表征根据本发明可以使用的涂层,进行压汞法测量以确定最终涂层的孔隙度。
图34中给出压汞法测量的结果。与参比(Ref.)进行比较,发现,在小于0.02μm的范围内,即,尤其是在0.01~0.02μm的范围内,根据本发明的涂层的孔隙度高于参比的孔隙度。因此发现,增加的孔隙度(有时甚至是“峰”)在该范围内并部分地小于该范围,其可能有助于物理的油墨吸收过程并且是关键的。
这些实例的得到的干燥性(Fogra白气测试)图示性地概括于图35(单个数据点)中。可以看出,就尾部干燥性和点干燥而言,实际证明使用具有这些特殊特性(高表面积和小粒径)的沉淀二氧化硅与使用硅胶类似。已经发现,吸引人的快速化学油墨干燥性受控于高孔隙体积类型的硅胶颜料Syloid C803和Gasil 35M。似乎,20pph的高度复杂的(例如,为750m2/g的非常高的BET比表面积)沉淀二氧化硅类型Sipernat 570(某种程度上低于Sipernat 310)对油墨干燥性的控制可与20pph的SyloidC803相比。
试验结果,第10部分
不用任何粘脏粉末,在Heidelberg Speedmaster型印刷机(8色-在Haletra上所用的)上印刷来自碾磨试验的包含10份Syloid C803型硅胶的丝光纸(类似于上述第7部分的TC_3),并在不同的条件下测试其粘连性:油墨覆盖、印刷速度、油墨密度、基础溶液量、油墨类型。所有参数依次改变,同时其它参数保持不变。
发现,在所有试验的印刷条件下,在400%区域的堆中可能发现较少的沾污。在200%和更小的覆盖区域没有发现沾污。油墨的类型对沾污的产生也有一定的影响:油墨固化越快,沾污越少。
印刷速度只影响固化慢的油墨:印刷越快,沾污越多。基础溶液的加入似乎对粘连性有不利影响,除非对于非常快速的油墨才似乎没有影响。
覆盖对沾污具有影响:在300%区域和400%区域都产生沾污。在200%区域没有产生沾污。
油墨密度对得到的沾污具有影响:密度越高,沾污越多。
在所用条件下,不使用抗粘脏喷洒的情况下可以印刷到最高达300%的覆盖。
发现,如果胶版印刷油墨与印刷纸表面具有类似的表面能条件,则可能获得最佳条件。相应地,发现,印刷油墨的总表面能应当为20-35mN/m和/或分散部分应当为10-18mN/m,和/或极性部分应当为10-20mN/m。典型地,在胶版印刷的这些条件下,印刷速度可以为6000张/小时。
结果概括于下表21中。设置实验,在6000~12000张/小时的不同印刷速度条件下,测试三种不同的商业可得胶版印刷油墨在不用胶版印刷粉末时的印刷可能性。结果发现,实际在6000张/小时的速度下,可以用所有油墨在不使用胶版印刷粉末的条件下印刷纸。速度更高时,仍然可以在不用胶版印刷粉末时印刷快速固化油墨。事实上,发现,在印刷速度较快的情况下,具有特定粘脏值(如基于下表21中数值性给出的标准纸,对于可从SAPPI获得的Magnostar纸测定的)的胶版印刷油墨在钥匙/锁系统意义上可以与根据本发明提出的纸结合使用(成套系统)。事实上,可能显示,可以有利地使用如在这种标准纸上测得的,30秒时的粘脏值低于0.6和/或60秒时的粘脏值低于0.25的印刷油墨。
级别组 | 单张纸胶版印刷油墨 | 单张纸胶版印刷油墨 | |
测试方案 | 油墨测试 | 油墨测试 | |
制造商 | K+E | K+E | |
级别名称 | Champion Black | Champion Cyan | |
粘脏油墨15秒 | - | 1.32 | 1.45 |
粘脏油墨30秒 | - | 1.01 | 1.22 |
粘脏油墨60秒 | - | 0.49 | 0.65 |
粘脏油墨120秒 | - | 0.07 | 0.16 |
印刷速度 | 张/小时 | 6000 | 6000 |
油墨密度 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | |
基础溶液 | 标准 | 标准 | |
印刷速度 | 张/小时 | ||
油墨密度 | |||
基础溶液 | |||
印刷速度 | 张/小时 | ||
油墨密度 | |||
基础溶液 | |||
印刷速度 | 张/小时 | ||
由墨密度 | |||
基础溶液 |
级别组 | 单张纸胶版印刷油墨 | 单张纸胶版印刷油墨 | |
测试方案 | 油墨测试 | 油墨测试 | |
制造商 | K+E | K+E | |
级别名称 | Novastar F1 Drive Black | Novastar 4F1 Drive Cyan | |
粘脏油墨15秒 | - | 1.08 | 0.86 |
粘脏油墨30秒 | - | 0.48 | 0.36 |
粘脏油墨60秒 | - | 0.11 | 0.05 |
粘脏油墨120秒 | - | 0.01 | 0 |
印刷速度 | 张/小时 | 6000 | 6000 |
油墨密度 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | |
基础溶液 | 标准 | 标准 | |
印刷速度 | 张/小时 | 9000 | 9000 |
油墨密度 | BCMY:2,10-1,60-1,49-1,38 | BCMY:2,10-1,60-1,49-1,38 | |
基础溶液 | 标准 | 标准 | |
印刷速度 | 张/小时 | 10000 | 10000 |
由墨密度 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | |
基础溶液 | 标准 | 标准 | |
印刷速度 | 张/小时 | 12000 | 12000 |
油墨密度 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | |
基础溶液 | 标准 | 标准 |
级别组 | 单张纸胶版印刷油墨 | 单张纸胶版印刷油墨 | |
测试方案 | 油墨测试 | 油墨测试 | |
制造商 | SICPA | SICPA | |
级别名称 | Tempo Max Black | Tempo Max Cyan | |
粘脏油墨15秒 | - | 1.18 | 0.85 |
粘脏油墨30秒 | - | 0.74 | 0.57 |
粘脏油墨60秒 | - | 0.23 | 0.13 |
粘脏油墨120秒 | - | 0.03 | 0.02 |
印刷速度 | 张/小时 | 6000 | 6000 |
油墨密度 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | |
基础溶液 | 标准 | 标准 | |
印刷速度 | 张/小时 | 9000 | 9000 |
油墨密度 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | BCMY:1,90-1,40-1,35-1,25 | |
基础溶液 | 略微提高 | 略微提高 | |
印刷速度 | 张/小时 | ||
油墨密度 | |||
基础溶液 | |||
印刷速度 | 张/小时 | ||
油墨密度 | |||
基础溶液 |
表21对三种不同商业印刷油墨Champion(得自K&E,DE)、Novastar F1Drive(得自K&E,DE)和Tempo Max(SICPA,CH)进行对比测试,其中在每种情况下,在上部给出在标准纸(Magnostar)上的油墨的使用的粘脏值,在下部给出测试纸的无粉末印刷的条件。
试验结果,第11部分
结合实验室涂布试验系列的目的是为了筛选含有不同的硅胶类型以及其它结构的二氧化硅的颜料,以找出具有与目前使用的Syloid C803相当的或甚至是更好性能的替代颜料。
根据所收集到的结果,硅胶具有最好的油墨干燥性能-而高含量的结构化颜料具有进一步提高油墨的起始固化速度的可能。对于含有硅胶的涂层,发现压光纸和未压光值都具有极好的油墨干燥行为,而替代性(结构化)颜料在完全压光后,部分地丧失了其未压光纸的有限的油墨干燥性的提高。
筛选的颜料总结于下表22中:
产品名 | 颜料类型 | 供应商 | 递送形式 | 粒径分布Sadgraph[μm] | 粒径分布-激光散射(Saturn)[μm] | Sappi | 供应商数据 | |||||||
75% | 50% | 25% | 75% | 50% | 25% | 比表面积[m2/g] | d50[μm] | 孔体积[m2/g] | 比表面积[m2/g] | 体密度[kg/m2] | ||||
Gnsll 23DGnsll 35MSyloid ED2Syloid ED3Syloid C803Syloid C805Syloid 72Syloid 244Circolit-50 PowdarCircolit-20 PowdarCircolit SlarryCircolit SlarryDigltex 1000 | sillca gelsillca gelsillca gelsillca gelsillca gelsillca gelsillca gelsillca gelXonotlileXonotlileXonotlileTobarmoritecaltined clay | IneosIneosGraceGraceGraceGraceGraceGraceCirkelCirkelCirkelCirkelEngelhard | DryDryDryDryDryDryDryDryDryDrySlurrySlurryDry | 1.22.01.82.41.52.12.71.114.81.30.92.4 | 0.71.21.21.71.01.41.70.58.27.50.70.51.3 | 0.30.40.71.00.50.80.80.33.32.20.20.30.7 | 6.16.86.47.34.86.76.73.612.416.73.82.66.7 | 4.54.44.45.73.85.35.22.87.29.01.10.68.1 | 2.93.23.34.42.94.13.92.13.94.80.40.31.8 | 297400345327 | 4.44.04.66.03.75.05.03.19.05.31.41.4 | 1.81.21.81.82.02.01.11.61.71.71.71.7 | 39039033030037037035353550 | 90100809017075 |
表22颜料综述
通过在加入CC85、胶乳和PVOH之后加入特定的颜料,在实验室中制备涂层颜料。通过稀释和/或加入增稠剂来调节低剪切粘度和高剪切粘度,以确保在实验室涂布机上足够的可加工性。
未压光纸的结果
二氧化硅筛选
在该系列中,相对于标准涂层和胶乳含量不同(9和15pph)的含有10%Syloid C803的涂层,比较不同的硅胶颜料。此处讨论的所有涂层都含有无机颜料部分,在该颜料部分中特定的颜料部分(例如,硅胶)被CC85补足到100份,并且如果没有特别说明含有12pph的胶乳作为粘结剂。TC_21含有15pph的胶乳,TC_28含有9pph的胶乳。参比制剂(TC_27)含有与筛选的硅胶部分相比较低的胶乳含量(9pph)、和颜料部分,所述颜料部分含有10%Syloid C803、15%粘土和75%CC85。MStar代表来自SAPPI的商业可得到的产品Magno Star。
调节短时间油墨固化试验,以在印刷后尽可能快地评价所得到的纸的起始油墨固化行为。在印刷(在Prüfbau上)后5、10、15和30秒进行油墨相对实验。证实了使用10%的硅胶油墨固化性明显提高(见图36)。
采用含有10%Syloid C803和较低胶乳含量的制剂TC27可以实现最快的油墨固化。
对于所有不含二氧化硅的标准涂层,可见通常更慢的Fogra白气试验(见图36)。通过使用硅胶,直到开始干燥的时间缩短(提高)到0.5-1小时的水平,直到尾部干燥的时间缩短到2-3小时,和直到点干燥的时间略微缩短到7小时。胶乳的增加(12→15pph)降低了干燥速度,但胶乳的减少(12→9pph)对通过白气试验评价的油墨干燥性是不利的。基于这些结果,清楚地证实了加入硅胶的益处。
二氧化硅替代物的筛选
在该系列中,相对于标准涂层和含有10%硅胶Syloid C803的二氧化硅参比,比较在与CC85的混合物中(20%和50%)的不同结构的颜料。
所有筛选的结构化颜料(20%和50%)-除了Digitex 1000以外-都得到快速的油墨起始固化行为。油墨固化趋势最快的是含有20%/50%Circolit-50,20%/50%Circolit-20和50%Circosil Slurry的涂层的(用CC85补足到100%)。与上述TC 30相比,甚至可以获得更快的油墨固化。与上述TC 30的结果相比,含有50%Circosil Slurry和20%/50%Circolit-20的涂层可以获得最快的多色油墨固化试验结果,而Digitex 1000的最慢。
实验证明,筛选的结构化颜料与标准涂层相比,明显缩短了直到干燥开始的时间和直到尾部干燥的时间,但与二氧化硅相比,所获得的直到尾部干燥的时间的水平仍然较慢。此外,所用结构化颜料的量从20%增加到50%的确仅略微提高(Circosil Slurry)了白气试验结果,或甚至没有提高(Circolit Slurry)。
结论:基于涉及未压光纸的常规主要性能的筛选的结构化颜料的结果,可以概括出Circolit Slurry、Circolit-20和较高含量(例如,高达50%)的Circosil Slurry潜在地可以替代10%二氧化硅Syloid C803。压光纸的结果
二氧化硅筛选
证实了通过使用10%的硅胶,油墨固化性显著提高(见图37)。利用制剂TC27也可以再次实现最快的油墨固化,含有Syloid 244 Gasil 23D、Gasil ED2和Syloid C803的涂层具有快速油墨固化性。
对于所有不含二氧化硅的标准涂层,可以看到通常慢的Fogra白气试验结果(见图37)。通过使用二氧化硅,直到开始干燥的时间缩短(提高)到0.5小时的水平,直到尾部干燥的时间缩短到1-3小时,和直到点干燥的时间稍微缩短到7-8小时。TC19与复制品TC30的比较证实了涂层制备、应用、压光和评估(δ1小时尾部干燥和1小时点干燥)的可再现性。胶乳的增加(12→15pph)降低了干燥速度,但胶乳的减少(12→9pph)对通过白气试验评价的干燥性没有显著益处。
二氧化硅替代物筛选
在该系列中,相对于标准涂层和含有10%硅胶Syloid C803的二氧化硅参比(TC19),比较在与CC85的混合物中(20%和50%)的不同结构的颜料。
与未压光纸类似,所有筛选的结构化颜料(20%和50%)-除了Digitex 1000以外-都得到快速的油墨起始固化行为。最快的油墨固化趋势具有含有50%Circosil浆、50%Circolit-20的涂层。
在压光后,与标准涂层相比,所有筛选的结构化颜料中仅有3种缩短了直到开始干燥的时间和直到尾部干燥的时间,但与10%硅胶(SyloidC803)相比,所获得的直到尾部干燥的干燥时间水平显著较低。
实验涂布纸孔结构的研究:
通过压汞孔隙度分析仪,分析该实验室涂布的试验系列中几种选择的纸的孔结构研究。为了在研究窗(在最小孔直径的右手侧)的小孔区内能够评价细孔直径范围,必须不校准Blank可压缩性和孔隙可压缩性-否则在该范围检测的进入体积应校准到0。这也解释了在用100%CC85而不用硅胶预涂布或已涂布的纸的这种非常细的孔直径范围(8nm-20nm,其中8nm是测量下限)内的错误表观的孔径分布。这种错误的表观孔结构是在非常高的压力(高达2200巴)下压缩的结果,其通常通过Blank压缩系数和孔隙压缩系数模型得到矫正。
首先,分析含有10%硅胶的压光纸。表23概括了涂布重量为10-14g/m2,基材为约92g/m2,因而总重量为112-115g/m2的单侧涂布纸的发现,绝干下的值:
主题 | S009-06部分1-比较整个涂层的特征性直径范围(没有Pora Komp和Blank校正) |
样品编号 | 样品 | 样品重量[g] | 孔体积[μl/g](0,008 to 0,02μm) | 孔体积[μl/g](0,008 to 0,04μm) | 孔体积[μl/g](0,01 to 0,1μm) | 孔体积[μl/g](0,1 to 0,3μm) | 总孔体积[μl/g](0,01 to 0,3μm) | 部分<0,1μm[%] | 纸的总孔隙率计算值[%] |
0TC1TC15TC16TC17TC18TC19TC22TC23TC24 | 预涂布的基础纸100%CC0610%Syloid 7210%Syloid 24410%Syloid ED210%Syloid ED310%Syloid C80310%Syloid C80510%Gasil 23D10%Gasil 36M | 0.3330.3870.3800.3740.3700.3720.3790.3800.3740.350 | 0.35.212.80.010.610.410.19.19.910.1 | 8.87.010.413.014.514.714.313.114.713.0 | 12.513.321.325.422.221.425.021.428.020.4 | 28.640.047.441.243.144.944.243.444.048.8 | 42.183.280.288.585.480.360.264.070.860.0 | 29.721.031.538.134.032.330.133.037.030.4 | 20.020.727.229.127.827.828.228.729.128.3 |
表23具有或没有硅胶的压光纸的检测的孔隙体积
在图38和39中,除了0.1-0.3微米范围的大孔体积外,对含有二氧化硅的纸还可以看到孔直径在8nm-20nm范围之间的非常具体和典型的细孔结构硅胶(显著高于不含二氧化硅的涂层),两种孔范围都有利于有效的油墨固化。通过在表面涂层中使用10%的二氧化硅,被检测到的在这种细孔直径范围(8nm-20nm)的孔隙体积由6.3μl/g增加到9.1μl/g或12.8μl/g。
材料:
无机颜料:图40中给出所用无机颜料的粒径分布。粒径分布的正确选择对成品纸和印刷光泽和油墨的固化性能是重要的。SFC代表比表面积为18m2/g的窄分布细碳酸盐。
二氧化硅:含有二氧化硅的所有纸的物理和化学的油墨干燥趋势都非常快-其它类型的二氧化硅(Sylojet 710A和Sylojet 703A,也来自GraceDavison)也是如此(不只是Syloid C803)。使用Syloid C803的原因是该产品可以作为粉末得到,其使得涂层颜料中的固含量较高,并且该产品比其它产品便宜。硅胶(Sylojet和Gasil)和沉淀二氧化硅(Sipernat)的某些主要性质概括于表24中。
产品 | 孔体积(ml/g) | 平均粒径(μm) | 比表面积(m2/g)BET | 表面电荷 | pH | 油吸收g/100g | 固含量(%) |
Sylojet P403(=SyloidC803) | 2.0 | 3.5* | 300-330 | 阴离子 | 3.5 | 320 | 99 |
Sylojet 703A | 0.7 | 0.3* | 250 | 阴离子 | 8 | 20 | |
Sylojet 710A | 0.9 | 1.0* | 250 | 阴离子 | 8 | 20 | |
Gasil 35M | 1.2 | 4.0 | - | 阴离子 | 7 | 200 | 99 |
Gasil 23D | 1.8 | 4.4 | - | 阴离子 | 7 | 290 | 99 |
Sipernat 310 | - | 5.5** | 750* | 阴离子 | 6 | 210(DBP) | 99 |
Sipernat 570 | - | 6.7** | 750* | 阴离子 | 6 | 259(DBP) | 99 |
*通过Malvern Master Sizer 2000测量的
**在100微米的厚度测量,Multisizer
表24基于供应商提供的数据的所用二氧化硅的性能
与标准表面涂层的颜料结合的在预涂层颜料中的二氧化硅的使用显著提高了油墨的干燥性(在实验室中研究的)。
粘结剂:本文中提到的所有粘结剂都是商业可获得的,因此其性能也是公众可以得知的。例如,Litex P 2090是苯乙烯与丙烯酸正丁酯的共聚物的水分散体。Acronal S360D是可从德国BASF公司获得的苯乙烯与丙烯酸酯的共聚物。
附图标记列举:
1:基材;2:第二层;3:表面层;4:涂布的印刷纸张。
Claims (47)
1、一种用于单张纸胶版印刷的涂布印刷纸张(4),其具有在纸基材(1)上的图像接收涂层(2,3),其特征在于所述印刷纸张(4)可以在胶版印刷工艺中印刷,并且在所述纸张离开印刷机时不在所述纸张上喷洒细粉末以防止油墨转移到相邻纸张的背侧、和/或在单张纸印刷机上没有进行辐射干燥和/或不使用罩印清漆。
2、权利要求1所述的印刷纸张,其特征在于其具有印刷后15秒测得的小于0.4的粘脏值。
3、权利要求2所述的印刷纸张,其特征在于其具有印刷后15秒测得的小于0.15或小于0.1、优选小于0.05、甚至更优选小于0.025的粘脏值。
4、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于其具有印刷后30秒测得的小于0.05的粘脏值,优选具有印刷后30秒测得的小于0.01的粘脏值。
5、前述权利要求之一的印刷纸张,其特征在于其具有印刷后两分钟测得的小于0.04的多色油墨固化值。
6、权利要求5所述的印刷纸张,其特征在于其具有印刷后两分钟测得的小于0.02、优选小于0.015的多色油墨固化值。
7、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于其具有印刷后六分钟测得的小于0.01的多色油墨固化值,优选具有印刷后六分钟测得的小于0.005的多色油墨固化值。
8、前述权利要求任一项的印刷纸张,其特征在于其具有印刷后15秒测得的小于0.05、优选小于0.02的粘脏值,并且其具有印刷后两分钟测得的小于0.04的多色油墨固化值。
9、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于通过使用其表面能性质与所述印刷纸张的表面类似的胶版印刷油墨,可以印刷所述印刷纸张,并且在所述印刷纸张离开印刷机时不在该纸张上喷洒细粉末以防止油墨转移到相邻纸张的背侧、和/或在单张纸印刷机上不进行辐射干燥、和/或不使用罩印清漆,其中优选地,所述印刷油墨的总表面能为20-35mN/m,和/或所述表面能的分散部分为10-18mN/m,和/或所述表面能的极性部分为10-20mN/m范围。
10、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于通过使用快速凝固胶版印刷油墨可以印刷所述印刷纸张,并且在所述印刷纸张离开印刷机时不在该纸张上喷洒细粉末以防止油墨转移到相邻纸张的背侧、和/或在单张纸印刷机上不进行辐射干燥、和/或不使用罩印清漆,所述快速凝固胶版印刷油墨优选在标准印刷纸张上对于黑颜料具有30秒时小于0.75或小于0.6和/或在60秒时甚至小于0.25的粘脏值。
11、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述图像接收涂层包含表面层和/或在所述表面层下的至少一个第二层,所述表面层和/或第二层包含:
颜料部分,其中该颜料部分包含
细颗粒碳酸盐和/或细颗粒高岭土和/或细颗粒二氧化硅和/或细颗粒粘土和/或多孔沉淀碳酸钙和无孔沉淀碳酸钙(PCC),和/或细颗粒链硅酸盐例如钙灰石、水合硅酸钙、硬硅钙石和/或雪硅钙石,和/或细颗粒塑性颜料或其混合物,该颜料部分的组分中的至少一种的表面积为18或40-400m2/g,优选100-400m2/g,或为200-350m2/g;
和粘结剂部分,其中该粘结剂部分由粘结剂和添加剂构成。
12、权利要求11所述的印刷纸张,其特征在于所述二氧化硅为无定形硅胶或沉淀二氧化硅。
13、权利要求11或12所述的印刷纸张,其特征在于所述颜料为处于无定形沉淀二氧化硅形式的二氧化硅,其表面积大于150m2/g,优选表面积大于500m2/g,甚至更优选为600-800m2/g。
14、权利要求11-13任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述二氧化硅或(多孔)PCC的内部孔隙体积大于或等于1.8ml/g,优选大于或等于2.0ml/g。
15、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述图像接收涂层(2,3)具有如通过压汞法测得的在8-20nm孔宽范围内的累积孔隙体积为大于8ml/(g总纸),优选大于9ml/(g总纸),和/或其中优选在8-40nm范围内的所述累计孔隙体积大于12ml/(g总纸),优选大于13ml/(g总纸)。
16、权利要求11-15任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述图像接收涂层(2,3)的总表面能小于或等于30mN/m,优选小于或等于28mN/m。
17、权利要求11-16任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述总表面能的分散部分小于或等于18mN/m,优选小于或等于15mN/m。
18、权利要求11-17任一项所述的印刷纸张,其特征在于尤其是在硅胶或(多孔)PCC的情况下,所述颜料部分包含至少5干重量份的细颗粒碳酸盐和/或细颗粒高岭土和/或细颗粒粘土和/或细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC,其粒径分布使得平均粒径为0.1-5μm,优选小于4.5μm,或优选小于4.0μm,甚至更优选为0.3-4μm;或在沉淀二氧化硅的情况下,所述颜料部分包含其粒径分布使得平均粒径为5-7μm的细颗粒沉淀二氧化硅。
19、权利要求11-18任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述二氧化硅或(多孔)PCC的内部孔隙体积大于0.2ml/g,优选大于0.5ml/g,甚至更优选大于1ml/g。
20、权利要求11-19任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述颜料部分包含表面积大于200m2/g,优选大于250m2/g,甚至更优选至少300m2/g的细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC。
21、权利要求20所述的印刷纸张,其特征在于所述颜料部分包含表面积为200-1000m2/g、优选200-400m2/g或250-800m2/g的细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC。
22、权利要求11-21任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述无机颜料部分的至少一部分包含或选择性富含痕量金属,优选过渡金属,其中至少一种金属以大于10ppb、优选大于500ppb的量存在,其中所述无机颜料部分由下述组分组成:细颗粒碳酸盐和/或细颗粒高岭土和/或细颗粒二氧化硅和/或细颗粒粘土和/或(多孔或无孔)沉淀碳酸钙(PCC),和/或细颗粒链硅酸盐例如钙灰石、水合硅酸钙、硬硅钙石和/或雪硅钙石,优选细颗粒二氧化硅。
23、权利要求22所述的印刷纸张,其特征在于在所述颜料中,Co、Mn、V、Ce、Fe、Cr、Ni、Rh、Ru或其组合优选以10ppb以上至最多10ppm的量存在,和/或在Ce的情况下,最多为20ppm,和/或在Fe的情况下,最多为100ppm,其可以与Zr、La、Nd、Al、Bi、Sr、Pb、Ba或这些元素的组合来组合,优选以10ppb以上至最多10ppm或最多20ppm的量存在于所述颜料中,其可以与Ca、K、Li、Zn和这些元素的组合来组合,优选以10ppb以上至最多10ppm或最多20ppm的量存在于所述颜料中。
24、权利要求23所述的印刷纸张,其特征在于组合选自Co+Mn、Co+Ca+Zr或La或Bi或Nd、Co+Zr/Ca、Co+La、Mn+K和/或Zr。
25、权利要求11-24任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述颜料部分由下述组分构成:
0-99干重量份,优选80-95干重量份的细颗粒碳酸盐和/或细颗粒高岭土和/或细颗粒粘土,
1-99干重量份,或甚至1-100干重量份,优选6-25干重量份的细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC,
和粘结剂部分,其中该粘结剂部分由下述组分构成:
5-20干重量份的粘结剂和
小于4干重量份的添加剂。
26、权利要求11-25任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述颜料部分包含8-12干重量份的细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC,优选8-10干重量份的细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC,所述二氧化硅或(多孔)PCC的粒径分布使得平均粒径为0.1-5μm,优选为0.3-4μm,并且表面积为200-400m2/g。
27、权利要求11-26任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述颜料部分包含70-80干重量份的细颗粒碳酸盐,优选其粒径分布使得50%的颗粒小于1μm,甚至更优选其粒径分布使得50%的颗粒小于0.5μm,最优选其粒径分布使得50%的颗粒小于0.4μm。
28、权利要求11-27任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述颜料部分包含10-25干重量份的细颗粒高岭土或细颗粒粘土,优选13-18干重量份的细颗粒高岭土或细颗粒粘土,其中优选所述细颗粒高岭土或细颗粒粘土的粒径分布使得50%的颗粒小于1μm,甚至更优选其粒径分布使得50%的颗粒小于0.5μm,最优选其粒径分布使得50%的颗粒小于0.3μm。
29、权利要求11-28任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述粘结剂部分包含7-12干重量份的粘结剂,其中优选所述粘结剂部分包含选自胶乳组成的组的粘结剂或粘结剂混合物,尤其是苯乙烯-丁二烯胶乳、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈胶乳、苯乙烯-丙烯酸胶乳,尤其是苯乙烯-正丁基丙烯酸共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯酸胶乳,丙烯酸酯醋酸乙烯酯共聚物、淀粉、聚丙烯酸盐、聚乙烯醇、大豆、酪蛋白、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素和共聚物、以及其混合物,优选地作为在产品中的阴离子胶体分散体来提供。
30、权利要求11-29任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述粘结剂部分包含选自消泡剂、着色剂、光亮剂、分散剂、增稠剂、保水剂、防腐剂、交联剂、润滑剂和pH调节剂或其混合物的至少一种添加剂。
31、权利要求11-30任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述图像接收涂层的表面涂层包含
颜料部分,其包含
70-80干重量份的其粒径分布使得50%的颗粒小于0.4μm的细颗粒碳酸盐,
10-15干重量份的其粒径分布使得50%的颗粒小于0.3μm的细颗粒高岭土或细颗粒粘土,
8-15干重量份的平均粒径为3-5μm、表面积为300-400m2/g的细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC,
和粘结剂部分,其包含
8-12干重量份的胶乳粘结剂,
小于3干重量份的其它添加剂。
32、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述印刷纸张的涂层包含化学干燥助剂,所述化学干燥助剂优选选自过渡金属络合物、过渡金属的羧酸盐络合物、锰络合物、锰(II)羧酸盐络合物和/或锰(II)醋酸盐络合物或其混合物,其中所述化学干燥助剂优选以0.5-3干重量份的量,优选以1-2干重量份的量存在。
33、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述表面涂层和/或第二层还包含化学干燥助剂,其中所述化学干燥助剂作为催化体系,并且由过渡金属络合物得到,优选为锰络合物、锰羧酸盐络合物、和/或锰醋酸盐络合物或锰乙酰醋酸盐络合物,其中为了Mn络合物的催化活性,优选Mn(II)和Mn(III)相伴存在,或存在它们的混合物,其中所述催化剂体系的金属部分以占涂层总干重量的0.05-0.6重量%,优选0.02-0.4重量%的量存在于所述涂层中。
34、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述印刷纸张是压光的和/或是无光泽纸、光泽纸或蜡光纸,其中在光泽纸的情况下,其特征在于,在所述图像接收涂层表面上的光泽度根据TAPPI 75度大于75%,或者根据DIN 75度大于50;或者在无光泽纸的情况下其特征在于,在所述图像接收涂层表面上的光泽度根据TAPPI 75度小于25%;或者在蜡光纸的情况下,其特征在于,在所述图像接收涂层表面上的光泽度处于中间范围。
35、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述图像接收涂层提供在所述基材的两侧。
36、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述基材为无磨木浆的纸基材。
37、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述图像接收涂层包括位于所述表面涂层之下的第二层,所述第二层包含:
颜料部分,其中所述颜料部分由下述组分构成:
80-98干重量份的细颗粒碳酸盐混合物或单种细颗粒碳酸盐,优选地,所述细颗粒碳酸盐的粒径分布使得50%的颗粒小于2μm,
2-25干重量份的细颗粒二氧化硅或(多孔)PCC,
和粘结剂部分,其中该粘结剂部分由下述组分构成:
小于20干重量份的粘结剂,优选8-15干重量份的胶乳或淀粉粘结剂,
小于4干重量份的添加剂,
其中优选所述颜料部分的所述细颗粒碳酸盐由其粒径分布使得50%的颗粒小于2μm的一种细颗粒碳酸盐和其粒径分布使得50%的颗粒小于1μm的另一种细颗粒碳酸盐的混合物组成,其中优选这两种组分以几乎相等的量存在和/或其中所述颜料部分包含5-15干重量份的二氧化硅或(多孔)PCC,优选其品质如权利要求12-14和/或18-24任一项所定义的。
38、根据前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述印刷纸张仅包含在原纸基材上的两个涂层。
39、前述权利要求任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述印刷纸张在小于1小时内优选小于0.5小时内是可再次印刷和可加工的,其中优选所述印刷纸张在小于30分钟甚至更优选小于15分钟内是可再次印刷的,并且在小于1小时优选小于0.5小时内是可加工的。
40、权利要求11-39任一项所述的印刷纸张,其特征在于总计100干重量份的所述颜料部分由1-50干重量份的二氧化硅或(多孔)PCC和补充99-50干重量份的碳酸盐和/或高岭土或粘土部分构成,所述二氧化硅优选为硅胶或沉淀二氧化硅。
41、权利要求11-40任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述颜料部分包含1-30干重量份的二氧化硅或(多孔)PCC和99-70干重量份的碳酸盐和/或高岭土或粘土部分,所述二氧化硅优选为硅胶或沉淀二氧化硅。
42、权利要求11-41任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述颜料部分由6-25干重量份的硅胶和/或沉淀二氧化硅或(多孔)PCC,和75-94干重量份的碳酸盐和/或高岭土或粘土构成。
43、权利要求11-42任一项所述的印刷纸张,其特征在于所述颜料为表面积为50-100m2/g优选表面积为50-80m2/g、优选粒径为1-5微米或甚至更优选粒径为1-3微米的(多孔)PCC。
44、一种制造前述权利要求任一项所述的印刷纸张的方法,其特征在于使用幕帘涂布机、刮刀涂布机、辊式涂布机、喷雾涂布机、气刀、流延涂布和/或计量施胶压榨,将表面涂层制剂施加到预涂布的或涂布的纸基上,优选施加在不含磨木浆的基材上,所述表面涂层制剂包含细颗粒碳酸盐和/或细颗粒高岭土和/或细颗粒二氧化硅和/或细颗粒粘土和/或多孔沉淀碳酸钙和无孔沉淀碳酸钙(PCC),和/或细颗粒链硅酸盐例如钙灰石、水合硅酸钙、硬硅钙石和/或雪硅钙石,和/或细颗粒塑性颜料或其混合物,所述表面涂层制剂的至少一种组分的表面积为18-400m2/g或40-400m2/g或100-400m2/g,或优选200-350m2/g。
45、权利要求44所述的制造印刷纸张的方法,其特征在于使用1到15个压区、以200-2000m/分钟的速度、以50-500N/mm的压区负载、并且在室温以上的温度优选60℃以上甚至更优选在70-95℃的温度,压光所述涂布的纸。
46、权利要求1-43任一项所述的印刷纸张在单张纸胶版印刷工艺中的用途,其中在胶版印刷工艺中,在纸张离开印刷机时不在纸张上或基本不在纸张上喷洒细粉末以防止油墨转移到相邻纸张的背侧、和/或在单张纸印刷机上不进行辐射或加热干燥、和/或不使用罩印清漆。
47、权利要求46所述的印刷纸张的应用,其中在该工艺中,再次印刷和加工在小于1小时内优选小于0.5小时内进行,其中优选地,在小于30分钟甚至更优选小于15分钟内再次印刷,并且在小于1小时优选小于0.5小时内加工。
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