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CN111601925A - 涂料组合物和相关纸板结构 - Google Patents

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CN111601925A
CN111601925A CN201980008226.7A CN201980008226A CN111601925A CN 111601925 A CN111601925 A CN 111601925A CN 201980008226 A CN201980008226 A CN 201980008226A CN 111601925 A CN111601925 A CN 111601925A
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CN
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pigment
coating composition
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paperboard
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CN201980008226.7A
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S·G·布什豪斯
G·P·富吉特
S·E·金瑟
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WestRock MWV LLC
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Abstract

用于纸板的涂料组合物，其包括粘合剂和颜料共混物，所述颜料共混物包括低密度有机颜料和改性无机颜料。

Description

涂料组合物和相关纸板结构
优先权
本申请要求2018年1月12日提交的U.S. Ser. No. 62/616,686的优先权，其整个内容经此引用并入本文。
领域
本申请涉及用于纸板的涂料组合物，更特别涉及低密度有机颜料与工程无机颜料结合用于形成纸板涂料组合物的用途。
背景
纸板用于多种多样的用途。在某些用途，如包装中，通常需要使用具有平滑和适印表面的纸板。具有平滑和适印表面的纸板可利于印刷高质量文本和图形，由此显著提高包装在纸板中的产品的视觉吸引力。
为了实现平滑性和适印性，常用各种涂料组合物涂布纸板。例如，通常将含有传统颜料和粘合剂的底涂层施加到纸板的表面上。然后用第二涂层（有时甚至第三涂层）罩涂底涂层，由此在底涂层上形成顶涂层。
平滑性和适印性取决于施加到纸板表面的涂料的组成，以及这些组合物中使用的颜料量。一般而言，在纸板涂料组合物中使用越多颜料，平滑度越高。但是，随着颜料量增加，制造成本也增加。尽管已努力设计用更少颜料提供更高平滑度的涂料组合物，但这些组合物的提高的成本可抵消与使用较少的总颜料相关的成本节省。
因此，本领域技术人员在纸板涂料组合物领域中继续努力研究和开发。
概述
在一个实施方案中，所公开的涂料组合物包括粘合剂和颜料共混物，所述颜料共混物包括低密度有机颜料和改性无机颜料。
在另一实施方案中，所公开的涂料组合物包括粘合剂和颜料共混物，所述颜料共混物包括低密度有机颜料以及改性粘土和改性碳酸钙的至少一种。
在一个实施方案中，所公开的纸板结构包括纸板基底、底涂层和顶涂层，其中底涂层位于纸板基底和顶涂层之间，且其中底涂层包含粘合剂和颜料共混物，所述颜料共混物包括低密度有机颜料和改性无机颜料。
在另一实施方案中，所公开的纸板结构包括纸板基底和施加到纸板基底上的单涂层，其中所述单涂层包含粘合剂和颜料共混物，所述颜料共混物包括低密度有机颜料和改性无机颜料。
所公开的涂料组合物和相关纸板结构的其它实施方案从下列详述、附图和所附权利要求书中显而易见。
附图简述
图1是所公开的涂料组合物的一个实施方案的示意性方框图；
图2是与适用于图1的涂料组合物的改性粘土的粒度分布相比，市售分层粘土的粒度分布的图示；
图3是与适用于图1的涂料组合物的改性碳酸钙的粒度分布相比，市售粗碳酸钙的粒度分布的图示；
图4是使用图1的涂料组合物制成的纸板结构的一个（多涂层）实施方案的横截面视图；
图5是使用图1的涂料组合物制成的纸板结构的另一（单涂层）实施方案的横截面视图；
图6是所公开的涂料组合物的颜料共混物的空隙体积 vs 存在的低密度有机颜料的量的图示；
图7是压光的单涂层纸板结构的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度 vs 涂层重量的图示，包括使用用改性粘土配制的所公开的涂料组合物的两个实施例和两个对比例；
图8是含底涂层的纸板结构的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度 vs 涂层重量的图示，包括使用用改性粘土配制的所公开的涂料组合物的两个实施例和两个对比例；
图9是未压光的含顶涂层的纸板结构的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度 vs底涂层重量的图示，包括使用用改性粘土配制的所公开的涂料组合物的两个实施例和两个对比例；
图10是压光的单涂层纸板结构的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度 vs 涂层重量的图示，包括使用用改性碳酸钙配制的所公开的涂料组合物的两个实施例和两个对比例；
图11是含底涂层的纸板结构的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度 vs 涂层重量的图示，包括使用用改性碳酸钙配制的所公开的涂料组合物的两个实施例和两个对比例；和
图12是含顶涂层的纸板结构的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度 vs 底涂层重量的图示，包括使用用改性碳酸钙配制的所公开的涂料组合物的两个实施例和两个对比例。
详述
公开了涂料组合物和使用所公开的涂料组合物制成的纸板结构。也公开了各种方法。
参考图1，整体标作10的所公开的涂料组合物的一个实施方案包括粘合剂12和颜料共混物14。颜料共混物14包括低密度有机颜料16、改性无机颜料18和任选地，一种或多种其它颜料20。在一个变体中，改性无机颜料18可以是改性粘土22。在另一变体中，改性无机颜料18可以是改性碳酸钙24。在再一变体中，改性无机颜料18可包括改性粘土22和改性碳酸钙24。
可使用各种材料作为涂料组合物10的粘合剂12而不背离本公开的范围。本领域技术人员会认识到，粘合剂12的组成是一种设计考虑，并且粘合剂12的组成的选择完全在本领域普通技术人员的能力范围内。
在一个特定实施方案中，所公开的涂料组合物10的粘合剂12可以是胶乳。合适的胶乳粘合剂的一个具体的非限制性实例是ACRONAL® S504，可购自Florham Park, NewJersey的BASF Corporation的苯乙烯丙烯酸系胶乳。合适的胶乳粘合剂的另一具体的非限制性实例是BASANOL X497AB，来自BASF Corporation的苯乙烯丙烯酸系胶乳。
在另一特定实施方案中，所公开的涂料组合物10的粘合剂12可以是淀粉。合适的淀粉粘合剂的一个具体的非限制性实例是ETHYLEX® 2015，可购自London, UnitedKingdom的Tate & Lyle的乙基化淀粉。
本领域技术人员会认识到，涂料组合物10中所用的粘合剂12的量是一种设计考虑，并且粘合剂12的适当量的选择完全在本领域普通技术人员的能力范围内。例如并且非限制性地，粘合剂12可以每100重量份颜料共混物14大约5至大约50重量份（例如20份）粘合剂12的量存在于涂料组合物10中。
所公开的涂料组合物10的颜料共混物14的低密度有机颜料16可以是任何中空的（例如包括一个或多个空隙）但在加热时不会膨胀大于10体积%的基于聚合物的颜料。例如，低密度有机颜料16可以是由聚合材料形成的中空球体，其中该中空球体足够可透空气和水蒸气以使它们在加热时不会显著膨胀（即它们膨胀最多10体积%）。
由于低密度有机颜料16是基于聚合物的并含有空隙，低密度有机颜料16与传统无机颜料（例如粘土和碳酸钙）相比具有明显较低的密度。在一种表述中，低密度有机颜料16可具有最多1.04 g/cm3的密度。在另一种表述中，低密度有机颜料16可具有最多0.9 g/cm3的密度。在另一种表述中，低密度有机颜料16可具有最多0.8 g/cm3的密度。在另一种表述中，低密度有机颜料16可具有最多0.7 g/cm3的密度。在再一种表述中，低密度有机颜料16可具有最多0.6 g/cm3的密度。
可使用各种颜料作为所公开的低密度有机颜料16。作为一个具体的非限制性实例，低密度有机颜料16可以是ROPAQUETM AF-500 EF，其是可购自Midland, Michigan的TheDow Chemical Company的具有大约0.4 µm的平均直径的低密度有机颜料。作为另一具体的非限制性实例，低密度有机颜料16可以是ROPAQUETM OP-96，其是可购自The Dow ChemicalCompany的具有大约0.6 µm的平均直径的低密度有机颜料。作为另一具体的非限制性实例，低密度有机颜料16可以是ROPAQUETM AF-1055，其是可购自The Dow Chemical Company的具有大约1.0 µm的平均直径的低密度有机颜料。作为另一具体的非限制性实例，低密度有机颜料16可以是ROPAQUETM AF-1353，其是可购自The Dow Chemical Company的具有大约1.3µm的平均直径的低密度有机颜料。作为再一具体的非限制性实例，低密度有机颜料16可以是ROPAQUETM TH-2000AF，其是可购自The Dow Chemical Company的具有大约1.5 µm的平均直径的低密度有机颜料。
低密度有机颜料16可以足以有益地提高颜料共混物14的空隙体积的量存在于颜料共混物14中。在一种表述中，低密度有机颜料16可以至少10体积%的浓度存在于颜料共混物14中。在另一种表述中，低密度有机颜料16可以至少15体积%的浓度存在于颜料共混物14中。在另一种表述中，低密度有机颜料16可以至少20体积%的浓度存在于颜料共混物14中。在另一种表述中，低密度有机颜料16可以至少25体积%的浓度存在于颜料共混物14中。在另一种表述中，低密度有机颜料16可以大约10体积%至大约80体积%的浓度存在于颜料共混物14中。在另一种表述中，低密度有机颜料16可以大约15体积%至大约65体积%的浓度存在于颜料共混物14中。在另一种表述中，低密度有机颜料16可以大约20体积%至大约60体积%的浓度存在于颜料共混物14中。在再一种表述中，低密度有机颜料16可以大约25体积%至大约50体积%的浓度存在于颜料共混物14中。
除低密度有机颜料16外，颜料共混物14可进一步包括改性无机颜料18和任选地，一种或多种其它颜料20。改性无机颜料18可包括改性粘土22、改性碳酸钙24、或改性粘土22和改性碳酸钙24的各种组合。任选的其它颜料20可以是无机颜料（例如未改性无机颜料）。
所公开的涂料组合物10的颜料共混物14的改性无机颜料18是已加工或以其它方式（例如天然存在）具有细粒（例如粒度小于1 µm的粒子）量相对较低的粒度分布的无机颜料。也就是说，改性无机颜料18是具有受控量的粒度为1 µm或更小的粒子的无机颜料。
如本文所用，当粘土颜料的粒子的最多30%具有小于1 µm的粒度时，粘土颜料被视为“改性粘土22”。在一种表述中，改性粘土22的粒子的最多25%具有小于1 µm的粒度。在另一种表述中，改性粘土22的粒子的最多20%具有小于1 µm的粒度。在另一种表述中，改性粘土22的粒子的最多18%具有小于1 µm的粒度。在再一种表述中，改性粘土22的粒子的最多15%具有小于1 µm的粒度。
各种粘土颜料可以原样使用，或加工产生改性粘土22。作为一个一般的非限制性实例，改性粘土22可以是高岭土，如分层高岭土。作为一个具体的非限制性实例，改性粘土22可通过从可购自Macon, Georgia的KaMin LLC的HYDRAPRINT®高岭土中除去细粒获得。
图2以图形显示与通过从HYDRAPRINT®高岭土中除去细粒而得的改性粘土22（图1）相比，标准HYDRAPRINT®高岭土的粒度分布。使用可购自Norcross, Georgia的Micromeritics Instrument Corporation的SEDIGRAPH® 5120粒度分析仪进行这些测量。图2中的数据表示为小于给定粒度的累计质量百分比。通过识别曲线与x轴上的1 µm相交的点，可以看出标准HYDRAPRINT®高岭土具有大约70%小于1 µm的粒子，而改性粘土22只有大约8%小于1 µm的粒子。此外，HYDRAPRINT®高岭土具有大约83%小于2 µm的粒子，而改性粘土22具有大约32%小于2 µm的粒子。
适合用于（或用作）所公开的涂料组合物10的颜料共混物14的改性粘土22也公开在2018年1月11日提交的U.S. Ser. No. 62/616,094中，其整个内容经此引用并入本文。
如本文所用，当碳酸钙颜料的粒子具有大约3 µm至大约8 µm的中值粒度时并且当碳酸钙颜料的粒子的最多15%具有小于1 µm的粒度时，碳酸钙颜料被视为“改性碳酸钙24”。在一种表述中，改性碳酸钙24的粒子的最多13%具有小于1 µm的粒度。在另一种表述中，改性碳酸钙24的粒子的最多12%具有小于1 µm的粒度。在另一种表述中，改性碳酸钙24的粒子的最多10%具有小于1 µm的粒度。在再一种表述中，改性碳酸钙24的粒子的最多8%具有小于1 µm的粒度。
各种碳酸钙颜料可以原样使用，或加工产生改性碳酸钙24。作为一个一般的非限制性实例，改性碳酸钙24可以是重质碳酸钙。作为另一个一般的非限制性实例，改性碳酸钙24可以是粗重质碳酸钙。作为一个具体的非限制性实例，改性碳酸钙24可通过从可购自Oftringen, Switzerland的Omya AG的HYDROCARB® 60重质碳酸钙中除去细粒获得。
图3以图形显示与通过从HYDROCARB® 60重质碳酸钙中除去细粒而得的改性碳酸钙24（图1）相比，标准HYDROCARB® 60重质碳酸钙的粒度分布。使用可购自Norcross,Georgia的Micromeritics Instrument Corporation的SEDIGRAPH® 5120粒度分析仪进行这些测量。图3中的数据表示为小于给定粒度的累计质量百分比。通过识别曲线与x轴上的1µm相交的点，可以看出标准HYDROCARB® 60重质碳酸钙具有大约39%小于1 µm的粒子，而改性碳酸钙24只有大约5%小于1 µm的粒子。此外，HYDROCARB® 60重质碳酸钙具有大约64%小于2 µm的粒子，而改性碳酸钙24具有大约32%小于2 µm的粒子。
适合用于（或用作）所公开的涂料组合物10的颜料共混物14的改性碳酸钙24也公开在2014年12月23日授予Bushhouse等人的美国专利No. 8,916,636中，其整个内容经此引用并入本文。
所公开的涂料组合物10的颜料共混物14具有相对较高的空隙体积，特别是与传统无机颜料和传统无机颜料与有机颜料的共混物的空隙体积相比。在一种表述中，颜料共混物14具有至少40%的空隙体积。在另一种表述中，颜料共混物14具有至少45%的空隙体积。在另一种表述中，颜料共混物14具有至少50%的空隙体积。在另一种表述中，颜料共混物14具有至少55%的空隙体积。在再一种表述中，颜料共混物14具有至少60%的空隙体积。
不受制于任何特定理论，但目前相信，当将涂料组合物10施加到纸板基底上时，由于颜料共混物14的相对较高的空隙体积，所得纸板结构表现出改进的平滑度和表面覆盖。显著地，可以不用昂贵的高纵横比粘土实现这样改进的平滑度。
参考图4，整体标作100的所公开的纸板结构的一个实施方案可包括纸板基底102、底涂层104和顶涂层106。在底涂层104和顶涂层106之间可任选包括附加涂层而不背离本公开的范围。纸板基底102可包括第一主表面108和第二主表面110。底涂层104可以仅施加到第一主表面108 (C1S)或施加到第一主表面108和第二主表面110 (C2S)。可在底涂层104上施加顶涂层106以呈现最外涂层表面112。
纸板结构100的纸板基底102可以是能用所公开的底涂层14涂布的任何纤维材料纸幅(web)。纸板基底102可以是漂白或未漂白的，并且可以是纸或比纸更厚更硬。例如，纸板基底102可具有大约85磅/3000 ft2或更大的未涂布基重。适当的纸板基底102的实例包括瓦楞夹心原纸、挂面纸板、全漂白硫酸盐浆纸板（solid bleached sulfate）（SBS）和无菌液体包装纸板。
纸板结构100的底涂层104可通过将所公开的涂料组合物10（图1）施加到纸板基底102的第一主表面108上形成。
在一个特定实施方案中，底涂层104可以足以填充第一主表面108中的凹坑和裂缝的量施加到纸板基底102的第一主表面108上而不需要涂布纸板基底102的整个第一主表面108，由此在第一主表面108上形成不连续膜。例如，可使用刮刀涂布器施加底涂层104以使刮刀涂布器将底涂层104推到第一主表面108中的凹坑和裂缝中，同时从第一主表面108上除去底涂层104。具体地，可以类似于抹灰的方式施加底涂层104，其中基本所有底涂层104位于纸板基底102的第一主表面108的凹坑和裂缝中而非在纸板基底102的第一主表面108上。
就此而言，本领域技术人员会认识到，当在刮刀涂布器中使用底涂层104时，可使移动的纸板基底102和涂布器的刮刀之间的间距最小化以利于填充第一主表面108中的凹坑和裂缝而在纸板基底102的第一主表面108上基本不沉积底涂层104（即在纸板基底102的第一主表面108上形成不连续膜）。换言之，涂布器的刮刀可足够靠近移动的纸板基底102的第一主表面108放置以使涂布器的刮刀将底涂层104推到纸板基底102的第一主表面108中的凹坑和裂缝中，同时从纸板基底102的第一主表面108上除去过量底涂层104。
顶涂层106可以是任何适当的顶涂层。例如，顶涂层106可包括碳酸钙、粘土和各种其它组分并可作为浆料施加在底涂层104上。顶涂层是本领域技术人员公知的并可使用任何常规或非常规的顶涂层组合物而不背离本公开的范围。
所公开的纸板结构100的最外涂层表面112可以相对平滑。在一种实现情形中，所公开的纸板结构100的最外涂层表面112可具有最多大约5微米的Parker Print Surface(PPS 10S)平滑度。在另一种实现情形中，所公开的纸板结构100的最外涂层表面112可具有最多大约4微米的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度。在另一种实现情形中，所公开的纸板结构100的最外涂层表面112可具有最多大约3微米的Parker Print Surface (PPS10S)平滑度。在另一种实现情形中，所公开的纸板结构100的最外涂层表面112可具有最多大约2微米的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度。
参考图5，整体标作200的所公开的纸板结构的另一实施方案可包括纸板基底202和施加到纸板基底202上的单涂层204。纸板基底202可包括第一主表面206和第二主表面208。单涂层204可以如图5中所示仅施加到第一主表面206 (C1S)，或施加到第一主表面206和第二主表面208 (C2S)（未显示）。因此，单涂层204可直接接触纸板基底202（例如纸板基底202的第一主表面206），同时也形成纸板结构200的最外涂层表面210。
纸板结构200的纸板基底202可以是能用单涂层204涂布的任何纤维材料纸幅。纸板基底202可以是漂白或未漂白的，并且可以是纸或比纸更厚更硬。例如，纸板基底202可具有大约85磅/3000 ft2或更大的未涂布基重。适当的纸板基底202的实例包括瓦楞夹心原纸、挂面纸板、全漂白硫酸盐浆纸板（solid bleached sulfate）（SBS）和无菌液体包装纸板。
纸板结构200的单涂层204可通过将所公开的涂料组合物10（图1）施加到纸板基底202的第一主表面206上形成。
所公开的纸板结构200的最外涂层表面210可以相对平滑，这使用单涂层难以实现。在一种实现情形中，所公开的纸板结构200的最外涂层表面210可具有最多大约5微米的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度。在另一种实现情形中，所公开的纸板结构200的最外涂层表面210可具有最多大约4微米的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度。在另一种实现情形中，所公开的纸板结构200的最外涂层表面210可具有最多大约3微米的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度。在另一种实现情形中，所公开的纸板结构200的最外涂层表面210可具有最多大约2微米的Parker Print Surface (PPS 10S)平滑度。
所公开的纸板结构200的单涂层204可具有相对较低的干重量，同时仍提供所需平滑度。在一种表述中，单涂层204可具有最多大约10 lb/3000 ft2的干重量。在另一种表述中，单涂层204可具有最多大约9 lb/3000 ft2的干重量。在再一种表述中，单涂层204可具有最多大约8 lb/3000 ft2的干重量。
实施例
实施例1
进行实验以测量含有低密度有机颜料的各种颜料共混物的空隙体积。由于低密度有机颜料和无机颜料之间的密度差，必须使用非沉降法。设计出使矿物油吸收到颜料共混物的层中以测量堆积颜料内的空隙体积的方法。所有颜料共混物基于体积配制。由于在施加油时这些膜需要保持它们的完整性，将受控体积的胶乳粘合剂添加到各共混物中。
实验方法如下。制备含有各种颜料共混物的配制物并使用具有10 mil间隙的Byrd棒施加到Mylar膜上。将各膜空气干燥，然后置于160℉的炉中20分钟。使用模切机(diecutter)从Mylar的涂布和未涂布部分上切割3英寸 x 6英寸区域。将这些试件(coupon)称重以测定施加的涂层的重量。涂布的试件然后用矿物油饱和，然后擦掉过多的量。然后将油饱和的试件称重以测定吸收的油量。使用配方、重量、组分密度和油的密度计算空隙体积。由于这些配制物包括8%粘合剂（为了保持完整性），当计算最终空隙体积值时考虑粘合剂的体积。结果提供在表1中。
Figure 782467DEST_PATH_IMAGE001
图6显示当与改性粘土或改性碳酸钙共混时低密度有机颜料含量的影响。这证实改性粘土/改性碳酸钙与低密度有机颜料的组合产生的空隙体积等于或超过使用hyperplaty粘土实现的空隙体积。
实施例2
制备含有改性粘土和低密度有机颜料的涂料组合物并作为单涂层施加到全漂白硫酸盐浆纸板（SBS）纸板基底（卡尺: 11pt；基重: 114 lb/3000 ft2）上。在中试涂布机上使用弯刮刀配置在1000 fpm下将涂料组合物施加到1ft幅宽的纸板基底上，由此获得具有一系列涂层重量的涂布样品。涂料组合物显示在表2中。
表2
重量份 M1 M2 M3 M4
HYDRAPRINT<sup>®</sup> 50
改性HYDRAPRINT<sup>®</sup> 50 50 50
ROPAQUE<sup>TM</sup> 1353 5.8 15.7
HYDROCARB<sup>®</sup> 60 50 50 44.2 34.3
ACRONAL<sup>®</sup> S 504 20 20 20 20
体积份 M1 M2 M3 M4
HYDRAPRINT<sup>®</sup> 50
改性HYDRAPRINT<sup>®</sup> 50 39.8 29.7
ROPAQUE<sup>TM</sup> 1353 25 50
HYDROCARB<sup>®</sup> 60 50 50 35.2 20.3
所有涂料组合物使用50重量份粘土配制。使用标准分层粘土，来自KaMin LLC的HYDRAPRINT®高岭土作为改性粘土（HYDRAPRINT®高岭土的加工形式；见图2）的参考。除来自The Dow Chemical Company的ROPAQUETM 1353作为低密度有机颜料外，还使用粗重质碳酸钙(“GCC”)，来自Omya的HYDROCARB® 60。将低密度有机颜料以25和50体积%的含量添加到改性粘土中。所有配制物具有20份ACRONAL® S504，苯乙烯丙烯酸系胶乳，作为粘合剂。
超级压光处理涂布纸板样品的手抄片。涂层重量和压光PPS平滑度数据记录在表3中。
Figure 89821DEST_PATH_IMAGE002
图7显示随涂层重量绘制的PPS平滑度数据。结果表明加入25至50体积份低密度有机颜料将粗糙度降低大约20–30%，并与标准分层粘土相比降低35–45%。实现小于3.0 µm的PPS平滑度证实可用单涂层制成具有可接受的印刷表面的纸张，其产生与市售双涂层产品类似的性质。
实施例3
在另一实验中，使用来自实施例2的涂料组合物作为底涂层并在相同条件下施加到相同纸板基底上。然后全都使用共同的顶涂层配制物用一系列涂层重量顶涂布这些含底涂层的纸板卷。顶涂层配制物显示在表4中。
Figure 869558DEST_PATH_IMAGE003
对只有底涂层和含顶涂层的样品都使用标准技术测量Parker Print Surf平滑度，且结果记录在表5A和5B中。
Figure 61505DEST_PATH_IMAGE004
表5B
底涂层配制物 底涂层重量 顶涂层重量 PPS平滑度 标准偏差
lb/3000 ft<sup>2</sup> lb/3000 ft<sup>2</sup> (µm)
M1 5.5 5.1 2.41 0.14
M1 5.5 6.6 2.34 0.10
M1 6.8 5.4 2.26 0.08
M1 6.8 5.9 2.17 0.18
M1 6.8 6.5 1.99 0.08
M1 8.3 4.7 2.12 0.07
M1 8.3 5.9 1.95 0.10
M2 5.8 4.9 1.81 0.22
M2 5.8 6.4 1.61 0.10
M2 6.8 5.7 1.52 0.12
M2 6.8 6.7 1.38 0.09
M2 7.9 5.3 1.46 0.10
M2 7.9 6.3 1.34 0.06
M3 5.8 5.6 1.39 0.06
M3 5.8 6.6 1.30 0.05
M3 7.1 5.0 1.32 0.06
M3 7.1 5.8 1.23 0.05
M3 7.1 6.6 1.30 0.08
M3 8.3 4.8 1.28 0.05
M3 8.3 6.1 1.27 0.08
M4 5.9 4.9 1.28 0.07
M4 5.9 6.5 1.26 0.09
M4 6.5 5.4 1.23 0.07
M4 6.5 6.6 1.22 0.08
M4 7.9 5.4 1.16 0.03
M4 7.9 6.8 1.11 0.02
图8中的仅底涂层的结果显示由于加入低密度有机颜料，粗糙度降低15–25%。使用含顶涂层的数据获得在6 lb/3000 ft2的共同涂层重量下的回归顶涂布平滑度。图9显示这些回归顶涂布平滑度值 vs 底涂层重量。这些曲线图显示由于加入低密度有机颜料，粗糙度降低10–25%，并与标准分层粘土相比降低35–45%。
实施例4
制备含有改性碳酸钙和低密度有机颜料的涂料组合物并作为单涂层施加到全漂白硫酸盐浆纸板（SBS）纸板基底（卡尺: 11pt；基重: 114 lb/3000 ft2）上。在中试涂布机上使用弯刮刀配置在1000 fpm下将涂料组合物施加到1ft幅宽的纸板基底上，由此获得具有一系列涂层重量的涂布样品。涂料组合物显示在表6中。
表6
重量份 M5 M6 M7 M8
HYDROCARB<sup>®</sup> 60 100
改性HYDROCARB<sup>®</sup> 60 100 94.2 84.3
ROPAQUE<sup>TM</sup> 1353 5.8 15.7
ACRONAL<sup>®</sup> S 504 20 20 20 20
体积份 M1 M2 M3 M4
HYDROCARB<sup>®</sup> 60 100
改性HYDROCARB<sup>®</sup> 60 100 75 50
ROPAQUE<sup>TM</sup> 1353 25 50
所有涂料组合物仅使用碳酸盐配制或使用碳酸盐和低密度有机颜料的组合配制。使用标准粗重质碳酸钙，来自Omya的HYDROCARB® 60作为改性碳酸钙（HYDROCARB® 60碳酸钙的加工形式；见图3）的参考。使用来自The Dow Chemical Company的ROPAQUETM 1353作为低密度有机颜料。将低密度有机颜料以25和50体积%的含量添加到改性碳酸钙中。所有配制物具有20份ACRONAL® S504，苯乙烯丙烯酸系胶乳，作为粘合剂。
超级压光处理涂布纸板样品的手抄片。涂层重量和压光PPS平滑度数据记录在表7中。
Figure 266090DEST_PATH_IMAGE005
图10显示随涂层重量绘制的PPS平滑度数据。结果表明加入25至50体积份低密度有机颜料将粗糙度降低大约10–30%，并与标准粗碳酸钙相比降低15–35%。实现小于3.0 µm的PPS平滑度证实可用单涂层制成具有可接受的印刷表面的纸张，其产生与市售双涂层产品类似的性质。
实施例5
在另一实验中，使用来自实施例4的涂料组合物作为底涂层并在相同条件下施加到相同纸板基底上。然后全都使用共同的顶涂层配制物用一系列涂层重量顶涂布这些含底涂层的纸板卷。顶涂层配制物显示在表4中。
对只有底涂层和含顶涂层的样品都使用标准技术测量Parker Print Surf平滑度，且结果记录在表8A和8B中。
Figure 88552DEST_PATH_IMAGE006
表8B
底涂层配制物 底涂层重量 顶涂层重量 PPS平滑度 标准偏差
lb/3000 ft<sup>2</sup> lb/3000 ft<sup>2</sup> (µm)
M5 5.1 5.0 2.71 0.11
M5 5.1 5.8 2.73 0.14
M5 5.1 6.6 2.61 0.16
M5 5.9 5.1 2.77 0.14
M5 5.9 6.4 2.56 0.14
M5 7.0 5.5 2.35 0.09
M5 7.0 6.8 2.28 0.07
M6 5.8 5.2 2.23 0.12
M6 5.8 6.1 2.04 0.13
M6 6.8 5.2 1.87 0.12
M6 6.8 6.6 1.82 0.13
M6 7.8 5.3 1.72 0.11
M6 7.8 6.5 1.67 0.17
M7 6.6 4.9 1.74 0.11
M7 6.6 5.8 1.61 0.12
M7 6.6 6.9 1.58 0.06
M7 7.6 4.9 1.55 0.13
M7 7.6 6.7 1.45 0.06
M7 8.6 4.9 1.54 0.14
M7 8.6 5.8 1.43 0.15
M8 6.4 5.4 1.32 0.13
M8 6.4 6.3 1.23 0.05
M8 7.3 4.9 1.27 0.09
M8 7.3 5.7 1.24 0.12
M8 7.5 5.6 1.20 0.05
M8 7.5 6.7 1.11 0.03
图11中的仅底涂层的结果显示由于加入低密度有机颜料，粗糙度降低10–25%，并与标准粗碳酸钙相比降低30–40%。使用含顶涂层的数据获得在6 lb/3000 ft2的共同涂层重量下的回归顶涂布平滑度。图12显示这些回归顶涂布平滑度值 vs 底涂层重量。这些曲线图显示由于加入低密度有机颜料，粗糙度降低10–30%，并与标准粗碳酸钙相比降低35–50%。
尽管已经显示和描述了所公开的涂料组合物和相关纸板结构的各种实施方案，本领域技术人员在阅读说明书后可想到修改。本申请包括这样的修改并且仅受权利要求书的范围限制。

Claims (20)

1. 一种涂料组合物10，其包含：
粘合剂12；和
颜料共混物14，其包含：
低密度有机颜料16；和
改性无机颜料18。
2.权利要求1的涂料组合物10，其中所述粘合剂12包含胶乳。
3.权利要求1或权利要求2的涂料组合物10，其中所述粘合剂12包含淀粉。
4.前述权利要求任一项的涂料组合物10，其中所述低密度有机颜料16包含中空球体。
5. 前述权利要求任一项的涂料组合物10，其中所述低密度有机颜料16具有最多1.04g/cm3的密度。
6. 前述权利要求任一项的涂料组合物10，其中所述低密度有机颜料16包含具有大约0.4 µm至大约1.5 µm的平均直径的球体。
7.前述权利要求任一项的涂料组合物10，其中所述低密度有机颜料16构成所述颜料共混物14的至少15体积%。
8.前述权利要求任一项的涂料组合物10，其中所述改性无机颜料18包含改性粘土22。
9.权利要求8的涂料组合物10，其中所述改性粘土22包含分层高岭土。
10. 权利要求8或权利要求9的涂料组合物10，其中所述改性粘土22的最多大约25%具有小于1 µm的粒度。
11.前述权利要求任一项的涂料组合物10，其中所述改性无机颜料18包含改性碳酸钙24。
12.权利要求11的涂料组合物10，其中所述改性碳酸钙24包含粗重质碳酸钙。
13. 权利要求11或权利要求12的涂料组合物10，其中所述改性碳酸钙24的最多大约12%具有小于1 µm的粒度。
14.前述权利要求任一项的涂料组合物10，其中所述改性无机颜料18包含改性碳酸钙24和改性粘土22。
15.前述权利要求任一项的涂料组合物10，其中所述颜料共混物14进一步包含附加无机颜料20。
16.前述权利要求任一项的涂料组合物10，其中所述颜料共混物14具有至少40%的空隙体积。
17.一种纸板结构100，其包含纸板基底102和施加到所述纸板基底102上的前述权利要求任一项的所述涂料组合物10。
18.一种纸板结构100，其包含：
纸板基底102、底涂层104和顶涂层106，
其中所述底涂层104位于所述纸板基底102和所述顶涂层106之间，且
其中所述底涂层104包含粘合剂12和颜料共混物14，所述颜料共混物14包括低密度有机颜料16和改性无机颜料18。
19.一种纸板结构200，其包含：
纸板基底202和施加到所述纸板基底202上的单涂层204，
其中所述单涂层204包含粘合剂12和颜料共混物14，所述颜料共混物14包括低密度有机颜料16和改性无机颜料18。
20.权利要求19的纸板结构200，其中所述单涂层204具有最多大约9磅/3000平方英尺的干重量。
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