紙張表面著色方法
2023-05-21 03:52:06 1
專利名稱：紙張表面著色方法
專利說明紙張表面著色方法 本發明涉及紙張表面著色方法，其特徵在於，在第一步中，用水溶性染料處理紙張表面，接著，在第二步中，用固色劑處理紙張表面。
雖然紙張表面著色的經濟優勢久為人知，但事實上，表面著色並不如紙漿染色普及。造成這種局面的主要原因(參見例如「On-machinesurface coloration」，A.S.Tindal，Surface Application of Paper Chemicals，1997，175-191)是表面著色的紙張與諸如水、乙醇或飲料的液體接觸時，一般表現出差的滲色堅牢度。
WO 03/004766公開了克服這一問題的一種嘗試，即在紙張表面施加含有粘合劑和作為聚乙烯吡咯烷酮衍生物的增稠劑的染料組合物。優選的是在染色過程前先用固色劑處理紙張表面，以改善滲色堅牢度，但未給出表明該方法效果的具體數值。
WO 2004/090228公開了控制紙張塗布中有機著色顏料的滲色堅牢度的另一種組合物，其中將顏料組合物與特定粘合劑一起塗在紙張表面。雖然該方法適合著色顏料，但與表面塗布中的普通紙張染料的滲色堅牢度有關的問題仍未得到解決。
已經令人驚訝地發現，通過採用在染色後用固色劑處理紙張的兩步法，可獲得滲色堅牢度極大改進的染色。
因此，本發明涉及紙張表面著色方法，其特徵在於，在第一步中，用水溶性染料處理紙張表面，接著，在第二步中，用固色劑處理紙張表面。
合適的水溶性染料選自陰離子直接染料、酸性染料、鹼性染料、陽離子直接染料和活性染料。這些不同組染料的實例以標記「C.I.直接」、「C.I.酸性」、「C.I.鹼性」和「C.I.活性」後接顏色和適當數值的顏色指數公開。
優選的染料是陰離子直接染料和活性染料。
陰離子直接染料可衍生自各種化學個體，但含有至少一個磺酸基團，由此改變磺酸基團數量以獲得最佳親合力，同時保證足夠的水溶性。除磺酸基團外，還可存在羧酸基團和磷酸基團。最優選的化學個體是茋(stilbene)衍生物，特別是偶氮化合物。
陰離子直接染料的優選實例是C.I.直接黃11、47、50、84、137、157和160；C.I.直接橙29；C.I.直接紅80、81、239、254和262；C.I.直接紫9和51，以及C.I.直接藍199和290，特別是C.I.直接黃11、C.I.直接紅81、239、254和262，以及C.I.直接藍199和290，但這些實例就性質而言不擬是限制性的。
優選的活性染料是例如C.I.活性黃42、C.I.活性橙134、C.I.活性紅228及C.I.活性藍21和260，但這些實例就性質而言也不擬是限制性的。
因此，在第一個優選的方面，本發明涉及紙張表面著色方法，其中在第一步中用包含以下組分的組合物塗布紙張 a)水溶性陰離子直接染料、酸性染料或活性染料，任選， b)天然或合成粘合劑或其混合物，任選， c)一種或多種助劑，和 d)水 並在第二步中用陽離子固色劑塗布紙張。
第一步的組合物優選含有粘合劑。合適的天然粘合劑是澱粉及其衍生物。當組合物中存在澱粉時，可用作本發明第一步的組合物的粘合劑組分b)的澱粉材料包括實際上所有稀植物源澱粉，包括玉米澱粉、小麥澱粉、馬鈴薯澱粉、木薯澱粉、大米澱粉、西米澱粉和高粱澱粉。含蠟的和高直鏈的澱粉也合適。澱粉可通過酸水解、氧化水解或酶催降解稀釋。同樣適合的其它衍生澱粉包括諸如澱粉醚、澱粉酯、交聯澱粉、氧化澱粉和氯化澱粉，例如羧甲基纖維素和羥乙基甲基纖維素。
作為選擇，本發明的組分b)可包含衍生自一種或多種二烯和/或不飽和單體的水不溶性合成聚合物，這種產物稱為合成膠乳。適合製備膠乳的二烯單體的實例可包括1，3-丁二烯、異戊二烯、氯丁二烯、環丁二烯和二乙烯苯，而合適的不飽和單體可包括丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯、羥基化甲基丙烯酸烷基酯、烷基乙烯基酮、取代的丙烯醯胺、甲基丙烯酸、N-羥甲基丙烯醯胺、2-羥乙基丙烯酸酯、巴豆酸、衣康酸、富馬酸、馬來酸、馬來酐、乙烯基滷化物、1，1-二滷乙烯、乙烯基酯、乙烯基醚、乙烯基咔唑、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡啶、氯苯乙烯、烷基苯乙烯、乙烯、丙烯、異丁烯、乙烯基三乙氧基矽烷和三苯基乙烯基矽烷。優選的單體包括甲基丙烯酸甲酯、二甲基氨基乙基丙烯酸酯、二甲基氨基丙基丙烯醯胺、乙酸乙烯酯、丙烯腈、丙烯酸、丙烯醯胺、馬來酐、包括乙烯基三甲基矽烷的一乙烯基矽化合物、乙基乙烯基醚、氯苯乙烯、乙烯基吡啶、丁基乙烯基醚、2-乙基己基丙烯酸酯、異戊二烯和氯丁二烯；1，1-二氯乙烯，丁基乙烯基醚，特別是苯乙烯尤其合適。最優選的膠乳衍生自苯乙烯和丁二烯或丙烯酸酯，也可以是諸如商品
730的苯乙烯/丁二烯/澱粉共聚物，或商品
501的苯乙烯/丙烯酸酯/澱粉共聚物，因此除澱粉外，也可採用優選粘合劑，即澱粉和膠乳的混合物。
此外，本發明的組合物可含有選自施膠劑、固色劑、其它粘合劑和粘合劑樹脂、不溶劑和/或交聯劑、陰離子、陽離子和中性聚合物、增溼劑、消泡劑和生物殺傷劑的其它助劑。
合適的助劑可例如包括聚乙烯亞胺及其衍生物；諸如氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣和氯化鉀的無機鹽；明礬、烷基乙烯酮二聚物、聚二烯丙基二甲基氯化銨、聚醯胺胺樹脂、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮，以及它們的均聚物和共聚物；聚酯和聚醚、乙二醛衍生物、一乙醇胺、丙烯酸/丙烯酸烷基酯共聚物和苯乙烯/丙烯酸酯共聚物。
在本發明方法第一步中採用陰離子直接染料或活性染料的情況下，本發明第二步涉及用至少一種陽離子固色劑處理紙張表面。優選的陽離子固色劑選自多胺及其衍生物、聚亞胺及其衍生物、聚乙烯亞胺及其衍生物、聚乙烯胺及其衍生物、胺/醯胺縮合物、二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)及其聚合物、聚氯化鋁、氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣和氯化鈉。最優選的陽離子固色劑是以商標
ECO-N、
AP和
ECO-WSP商購的聚乙烯多胺衍生物、脂族多胺和胺/醯胺/甲醛縮合產物。
在第二個優選的方面，本發明涉及紙張表面著色方法，其中在第一步中，用包含以下組分的組合物塗布紙張 a)水溶性陽離子直接染料或鹼性染料，任選， b)天然或合成粘合劑或其混合物，任選， c)一種或多種助劑，和 d)水 並在第二步中用陰離子固色劑塗布紙張。
鹼性陽離子染料優選選自單-、雙-和三氮雜半菁，可列舉C.I.鹼性紅46、C.I.鹼性藍3和41，而第一步中採用的優選的組合物的組分b)和c)對應於上述陰離子或活性染料所用的那些。
然而，當在紙張上塗布鹼性染料時，有益的是在第二步中利用陰離子固色劑。優選的陰離子固色劑除諸如二乙醇胺、三乙醇胺和Desmophen(一種德國拜耳公司生產的聚酯型或聚醚型多元醇)的脂族胺外，還有例如陰離子澱粉或聚合材料，即帶有陰離子取代基的膠乳。
本發明方法中採用的各種組分的數量可根據例如要求的顏色深度和塗布方法(尤其是通過壓榨施膠塗布法)、吸收程度而在較大範圍內變化。
然而，在又一個優選方面，本發明涉及一種方法，其中在第一步中，通過壓榨施膠在紙張表面塗布包含以下組分的組合物 a)0.1-20wt％，優選0.5-10wt％水溶性染料， b)0-20wt％，優選1-10wt％天然或合成粘合劑或其混合物， c)0-20wt％，優選0-10wt％一種或多種助劑，和 d)加至100wt％的水， 並接著不經乾燥在第二壓榨施膠塗布中，用含有0.1-10wt％，優選1-5wt％固色劑的水溶液處理紙張表面，然後乾燥紙張。
作為選擇，第一步的組合物可通過壓榨施膠塗布法而塗布在紙張上，而藉助噴塗技術將固色劑塗布在紙張上，使得在又一個方面，本發明涉及一種方法，其中在第一步中，通過壓榨施膠在紙張表面塗布包含以下組分的組合物 a)0.1-20wt％，優選0.5-10wt％水溶性染料， b)0-20wt％，優選1-10wt％天然或合成粘合劑或其混合物， c)0-20wt％，優選0-10wt％一種或多種助劑，和 d)加至100wt％的水， 並接著不經乾燥在第二步中，在紙張表面噴塗含有0.1-10wt％，優選1-5wt％固色劑的水溶液，然後乾燥紙張。
在一種也有可能的塗布方法中，染料和固色劑組合物都可通過噴塗技術塗布在紙張表面，使得在又一個方面，本發明涉及一種方法，其中在第一步中，通過噴塗在紙張表面塗布包含以下組分的組合物 a)0.1-20wt％，優選0.5-10wt％水溶性染料， b)0-20wt％，優選1-10wt％天然或合成粘合劑或其混合物， c)0-20wt％，優選0-10wt％一種或多種助劑，和 d)加至100wt％的水， 並接著不經乾燥在第二步中，在紙張表面噴塗含有0.1-10wt％，優選1-5wt％固色劑的水溶液，然後乾燥紙張。
用上述任何方法處理得到的紙張構成了本發明的又一個方面。
以下實施例用於舉例說明本發明，就性質而言不擬是限制性的；份和百分比除另有說明外均指重量。
實施例 I.陰離子直接染料和固色劑的壓榨施膠塗布 原紙 用於塗布的原紙由含有10％殘餘粘土(加上1％碳酸鈣)填料、0.4％
27JP假中性膠料、1％明礬和0.02％
230助流劑的闊葉木漿和針葉木漿的70/30混合物，打漿到35°SR，在英國曼徹斯特UMIST的實驗室造紙機上製備。所得紙張具有103g/m2的基重和95g/m2的Cobb值。
塗布 在以5m/min運行的Mathis壓榨施膠機上，以200kPa壓力和50℃溫度，先用含有規定量的染料(見表1)、6g
501(苯乙烯/丙烯酸酯/澱粉共聚物)粘合劑(如果存在)(見表1)和44g壓榨施膠澱粉(
4692)的10％溶液的溶液處理原紙，該浴用水補充到100g。
然後在第二步壓榨施膠塗布中，用含有1、2.5和5％
ECO-N固色劑的溶液處理進行溼染色，此後乾燥紙張。
然後測量所得染品的顏色強度，從而考慮到紙張表面實際殘留的染料量來校正表1中給出的值。
另外，通過先用去離子水和乙醇/水分別潤溼染品，並將溼染品置於分別用去離子水和乙醇/水潤溼的兩張白濾紙之間，測量染色對水和50％乙醇/水的滲色堅牢度。將所得夾層置於1kg重的兩塊玻璃板之間。室溫下放置1小時後，乾燥每張紙，並用灰度評價滲色堅牢度，灰度值在1(很強滲色)和5(零滲色)之間。
測量結果示於下表1 表1 1DB＝C.I.直接藍；DY＝C.I.直接黃；DR＝C.I.直接紅 2St＝澱粉；Lat＝
501(苯乙烯/丙烯酸酯/澱粉共聚物) 以上結果表明根據本發明方法塗布獲得染料對水和乙醇的滲色堅牢度的改善。
II.陰離子直接染料的壓榨施膠塗布以及固色劑的噴塗 在另一系列試驗中，陰離子直接染料同樣以壓榨施膠塗布，如上所述，而濃度為1％和3％的固色劑通過採用為噴塗油漆和水溶液設計的商用手持式噴塗機噴塗而塗布(Wagner W 600)。
試驗結果列於下表2 表2 1DB＝C.I.直接藍；DY＝C.I.直接黃；DR＝C.I.直接紅 2St＝澱粉；Lat＝
501(苯乙烯/丙烯酸酯/澱粉共聚物) 同樣，以上結果表明根據本發明方法塗布獲得染料對水和乙醇的滲色堅牢度的改善。
III.活性染料和固色劑的壓榨施膠塗布 在第三系列試驗中，直接染料塗布I用活性染料代替，同樣如在上述第I部分中所述通過壓榨施膠塗布在原紙上，而用5g
730苯乙烯/丁二烯/澱粉共聚物代替
501(苯乙烯/丙烯酸酯/澱粉共聚物)粘合劑。
在第二壓榨施膠中，將1、2.5和5％固色劑
ECO-N的溶液如上所述進行溼染色。
試驗結果示於下表3 表3 1RB＝C.I.活性藍；RO＝C.I.活性橙 2St＝澱粉；Pen＝
730(苯乙烯/丁二烯/澱粉共聚物) 同樣，以上結果表明根據本發明方法塗布獲得染料對水和乙醇的滲色堅牢度的改善。
IV.活性染料的壓榨施膠塗布和固色劑的噴塗 通過壓榨施膠塗布活性染料，接著噴塗濃度為1％和3％的固色劑
ECO-N，如上第II部分所述，進行又一系列試驗。
試驗結果示於下表4 表4 1RY＝C.I.活性黃；RR＝C.I.活性紅 2在
730是唯一粘合劑的情況下，不加入澱粉溶液，並將8.0g該粘合劑加入施膠壓榨浴中，然後用水補充到100g。
同樣，以上結果表明根據本發明方法塗布獲得染料對水和乙醇的滲色堅牢度的改善。
V兩步與單步表面染色和固色法的比較 在另一系列試驗中，本發明的兩步染色和固色法的優點如下 在第一壓榨施膠塗布中，陰離子直接染料(分別為C.I.直接紅239和C.I.直接紅254)與澱粉一起，或與澱粉和
730(6g)的組合一起，或與澱粉和
501(6g)的組合一起，在如第I部分所述的施膠壓榨浴中塗布在第I部分的原紙上。在第二塗布中，在乾燥前，將0.7％的
ECO-N溶液通過噴塗塗布在紙張上，如以上第II部分所述，然後乾燥。
為了直接比較，將染料、粘合劑和固色劑(濃度為0.4％和0.7％)一起加入施膠壓榨浴中，並以單步壓榨施膠塗布在紙張表面，如以上第I部分所述，然後乾燥。
對比試驗的結果示於下表5中，其中以字母a)、c)和e)標示的實施例沒有用固色劑處理，以字母b)、d)和f)標示的實施例對應於本發明的實施例，而以字母g)、h)、i)、j)、k)和l)標示的實施例對應於比較目的的單步壓榨施膠塗布法。
表5 1Pptn.＝沉澱 顯然，以上結果不僅證明了兩步法中固色劑的改進效果，而且也證明了與單步法相比採用本發明的方法在顏色強度上的巨大改進，尤其是由於單步塗布導致的顏色強度損失明顯。
VI.陰離子直接染料和固色劑的噴塗 在最後系列的試驗中，陰離子直接染料(分別為C.I.直接紅239和C.I.直接紅254)在實驗室造紙機上形成(35％乾重的紙)後直接塗布或在紙張乾燥後塗布在未施膠的或膠版中性施膠(ONS)的紙張上。然後在第二步的噴塗中，用固色劑
WSP的1％溶液處理染色，然後乾燥。
噴塗使用用於油漆和水溶液的商購手持式噴塗機(Wagner W 600)進行。
試驗結果示於下表6 表6 1滲色堅牢度試驗如第I部分所述進行，但用玻璃纖維板代替濾紙。
結果清楚地證明，根據本發明方法同樣通過噴塗各組分獲得染料對水的滲色堅牢度的改善。
權利要求
1.一種紙張表面著色方法，其特徵在於，在第一步中，用水溶性染料處理紙張表面，接著在第二步中，用固色劑處理紙張表面。
2.權利要求1的方法，其中水溶性染料選自陰離子直接染料、酸性染料、鹼性染料、陽離子直接染料和活性染料。
3.權利要求1或權利要求2的方法，其中在第一步中用包含以下組分的組合物塗布紙張
a)水溶性陰離子直接染料、酸性染料或活性染料，任選，
b)天然或合成粘合劑或其混合物，任選，
c)一種或多種助劑，和
d)水
並在第二步中塗布陽離子固色劑。
4.權利要求1或權利要求2的方法，其中在第一步中用包含以下組分的組合物塗布紙張
a)水溶性鹼性染料或陽離子直接染料，任選，
b)天然或合成粘合劑或其混合物，任選，
c)一種或多種助劑，和
d)水
並在第二步中塗布陰離子固色劑。
5.權利要求3或權利要求4的方法，其中天然粘合劑是澱粉或澱粉衍生物，合成粘合劑是衍生自一種或多種二烯和/或不飽和單體的合成聚合材料(合成膠乳或膠乳/澱粉共聚物)。
6.權利要求1至3和5任一項的方法，其中固色劑是陽離子的，選自多胺及其衍生物、聚亞胺及其衍生物、聚乙烯亞胺及其衍生物、聚乙烯胺及其衍生物、胺/醯胺縮合物、二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)及其聚合物、聚氯化鋁、氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣和氯化鈉。
7.權利要求1、2、4和5任一項的方法，其中固色劑是陰離子的，選自陰離子澱粉和陰離子膠乳。
8.前述權利要求任一項的方法，其中在第一步中，將包含以下組分的組合物
a)0.1-20wt％水溶性染料，
b)0-20wt％天然或合成粘合劑或其混合物，
c)0-20wt％一種或多種助劑，和
d)加至100wt％的水，
通過壓榨施膠塗布在紙張表面，並接著不經乾燥在第二步壓榨施膠塗布中，用含有0.1-10wt％固色劑的水溶液處理紙張表面，然後乾燥紙張。
9.權利要求1至7任一項的方法，其中在第一步中，將包含以下組分的組合物
a)0.1-20wt％水溶性染料，
b)0-20wt％天然或合成粘合劑或其混合物，
c)0-20wt％一種或多種助劑，和
d)加至100wt％的水，
通過壓榨施膠塗布在紙張表面，並接著不經乾燥在第二步中，用含有0.1-10wt％固色劑的水溶液噴塗紙張表面，然後乾燥紙張。
10.權利要求1至7任一項的方法，其中在第一步中，將包含以下組分的組合物
a)0.1-20wt％水溶性染料，
b)0-20wt％天然或合成粘合劑或其混合物，
c)0-20wt％一種或多種助劑，和
d)加至100wt％的水，
通過噴塗塗布在紙張表面，並接著不經乾燥在第二步中，用含有0.1-10wt％固色劑的水溶液噴塗紙張表面，然後乾燥紙張。
11.通過前述權利要求任一項的方法處理的紙張。
全文摘要
本發明涉及紙張表面著色方法，其特徵在於，在第一步中，用水溶性染料處理紙張表面，接著，在第二步中，用固色劑處理紙張表面。
文檔編號D21H19/70GK101310076SQ200680042572
公開日2008年11月19日 申請日期2006年11月1日 優先權日2005年11月11日
發明者C·孔格, M·萊納茨 申請人:西巴控股有限公司