專利名稱：涂層紙產(chǎn)品及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種涂層紙產(chǎn)品，該產(chǎn)品使得輕質(zhì)、價(jià)廉的涂層紙產(chǎn)品具有比較重的涂層紙產(chǎn)品更加優(yōu)越的性能，并且同時(shí)保留了較重的涂層紙產(chǎn)品的光學(xué)、觸感和印刷特性。此外，本發(fā)明還有關(guān)生產(chǎn)該涂層紙產(chǎn)品的方法。
背景技術(shù)：
如美國專利US 6531183所述的一種在保留高松密度的同時(shí)還能改善涂層紙產(chǎn)品特性的制備方法，包括在原紙的表面至少應(yīng)用一層含有塑料顏料顆粒的涂料組合物，并且使原紙通過多壓區(qū)的壓光儀器，該儀器維持相對(duì)較低的輥筒溫度和壓區(qū)壓力。此外，美國專利US 6387213揭示了擁有非涂層紙的外觀和接近涂層紙的印刷適性的印刷紙，其制備方法為對(duì)每令紙的每一面應(yīng)用5-25磅的涂層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所針對(duì)的問題是在獲得良好的松密度、光學(xué)特性和印刷特性的同時(shí)降低涂層的重量，以及調(diào)節(jié)相對(duì)低價(jià)的含磨木漿紙類的上光條件。
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種涂層紙產(chǎn)品，其組成如下每令使用16-36磅含有磨木漿紙漿的未涂層紙幅(paper web)；其中，紙幅的兩面均用一種水性涂料組合物進(jìn)行涂層，該涂料組合物包含按每100份干的總顏料計(jì)，0至45份無機(jī)顏料，按每100份干的總顏料計(jì)，55至100份具孔隙聚合顏料顆粒，其粒徑為0.2至5μm，孔隙體積20-80％，按每100份干的總顏料計(jì)，10至50份淀粉或蛋白質(zhì)聚合粘合劑，其中，每令干燥上光后的涂層紙產(chǎn)品的每一面有1至3磅的干燥涂料組合物，每令紙產(chǎn)品的重量為18至40磅，不透明度小等于約90，光澤度為40至85，其亮度為70至83。本文所使用的1令相當(dāng)于3300平方英尺。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是生產(chǎn)一種涂層紙產(chǎn)品的方法，包括以下步驟在每令16至36磅的含磨木漿紙幅的至少一面用一種涂料組合物進(jìn)行涂層，該涂料組合物包含按每100份干的總顏料計(jì)，0至45份無機(jī)顏料，按每100份干的總顏料計(jì)，55至100份具孔隙聚合顏料顆粒，其粒徑為0.2至5μm，孔隙體積20-80％，按每100份干的總顏料計(jì)，10至50份淀粉基或蛋白質(zhì)基聚合粘合劑，以及含水量高于60％的含水組合物總含水量，干燥紙品上的涂料組合物，使得每令干燥涂層紙產(chǎn)品的每一面上留有1至3磅的干燥涂層紙合物；每令干燥涂層紙產(chǎn)品的重量為18至40磅，不透明度小等于約90，光澤度為40至85，其亮度為70至83；并使干燥的涂層紙產(chǎn)品通過壓光儀器，其中，壓光儀器至少含有2個(gè)滾筒和1道壓印線。
按干物質(zhì)計(jì)算，每份總顏料顆粒與55至100份含孔聚合顆粒組合，每體積總顏料顆粒與10至50份淀粉和/或蛋白質(zhì)粘合劑的組合連同前述的壓光條件能夠降低所使用的涂層重量；而且，這樣能夠生成出輕質(zhì)和超輕質(zhì)的紙，其使用的纖維對(duì)涂層比例高于典型的涂層紙所使用的比例。優(yōu)選地，每令涂層紙產(chǎn)品的重量在24-34磅之間。
此外，按干物質(zhì)計(jì)算，每份總顏料顆粒與55至100份含孔聚合顆粒的組合，以及每份總顏料顆粒的體積與10至50份淀粉和/或蛋白質(zhì)粘合劑的組合連同前述壓光條件能夠產(chǎn)出同等重量下強(qiáng)度較高的紙質(zhì)，從而提高造紙機(jī)的走紙性或產(chǎn)率，同時(shí)較同等強(qiáng)度卻偏重的其它紙?jiān)陔S后的印刷步驟中性能更佳。使用這一組合還帶來一些其它特性，包括更輕的涂層紙較相對(duì)傳統(tǒng)偏重的涂層紙具有更小的壓應(yīng)力、原紙滯留度和硬度。而且，涂層紙產(chǎn)品的光學(xué)性能、觸感和印刷特性仍能維持初始定量更高的涂層紙產(chǎn)品的相當(dāng)水平。
以規(guī)定的量涂布這一涂料組合物后，計(jì)算了光澤度(根據(jù)TAPPI 75°測驗(yàn)程序測定)，不透明度(根據(jù)TAPPI測驗(yàn)程序T425-0M-91測定)，以及亮度(根據(jù)TAPPI測驗(yàn)程序T452-0M-92測定)。該涂層紙具有與用無孔聚合顏料涂層的紙相當(dāng)?shù)奶匦?，而用無孔聚合顏料涂層的紙其重量至少為該涂層紙的2倍。不透明度和光澤度的優(yōu)選范圍分別為85-90和50-55。
本發(fā)明的涂層中包含具孔隙聚合顏料顆粒，下文中所述的顆粒，其粒徑范圍在0.2至5.0微米，優(yōu)選0.3至2.0微米，而孔隙體積在大約20至80％之間，優(yōu)選4070％之間。這些顆粒的密度范圍在0.4-1.0g/cc之間，優(yōu)選的范圍為0.4-0.6g/cc。此外，這些顆粒中的每一顆都含有單個(gè)或多個(gè)空心(孔隙)；這些孔隙可以是球狀的或是不規(guī)則狀的，而孔隙區(qū)域可以是孤立的或是相通的。這些顆?？删哂蓄愃坪＞d的外表，這些顆粒的表面可以從光滑無損到粗糙穿孔。這樣的顆粒公布于，諸如以下這些專利中美國專利US4427836、美國專利US5036109、美國專利US5157084、美國專利US5216044、美國專利US5409776、美國專利US5494971、美國專利US5521253、美國專利US5527613、美國專利US5989630、美國專利US6020435、美國專利US6139961和美國專利US6673451。此外，這些顆?？梢允墙宦?lián)并帶電的；交聯(lián)帶電顆粒的實(shí)例公布于美國專利US6624272中。
其它的聚合顏料顆粒包括，但不僅限于，固體聚苯乙烯珠粒，諸如D0W711和D0W722，兩者均由Dow化學(xué)品公司制造(Midland，Mich.)；固體聚甲基丙烯酸酯珠粒；在美國專利US5510422和歐洲專利申請出版物編號(hào)0842992 A2中定義的表面形態(tài)(包含至少一個(gè)聚合物核相(核相至少含有一個(gè)孔隙)，至少一個(gè)聚合物殼相(殼相至少部份圍繞核心)，以及至少一個(gè)將核心孔隙與孔隙外部相連的通道)和組成的聚合物顆粒；以及任何玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度高于40℃的聚合物顆粒都可以用于本發(fā)明。
此外，本發(fā)明還可以包含礦物顏料。合適的礦物顏料包括，但不僅限于，碾磨并沉淀的碳酸鈣、高嶺土、鍛燒的高嶺土、脫層并且構(gòu)造的高嶺粘土、二氧化鈦、硅酸鋁、硅酸鎂、碳酸鎂、非晶態(tài)二氧化硅、氧化鋅、氫氧化鋅、氧化鋁、氫氧化鋁、滑石、緞光白、硫酸鋇和硅酸鈣。
本發(fā)明中合適的淀粉和蛋白質(zhì)聚合粘合劑包括，但不僅限于，酪蛋白、淀粉和小麥面粉、明膠和藻酸鹽、纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素、和天然產(chǎn)物修飾后的羧甲纖維素、糊精、乙基淀粉(包括乙基玉米淀粉)、木質(zhì)素等等。用天然的、陽離子、陰離子和/或兩性離子的淀粉與合成的陽離子聚合物反應(yīng)所得的淀粉用作干燥強(qiáng)度劑。使用的天然淀粉如，玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、小麥淀粉、大米淀粉、木薯淀粉、西米淀粉、高粱淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉、黑麥淀粉或上述天然淀粉的混合物。其它合適的淀粉有黑麥粗粉以及其它粗粉。含來自黑麥、小麥和豆類作物的蛋白質(zhì)淀粉也同樣適用。支鏈淀粉重量百分含量至少為95％的天然淀粉也適用于聚合物的陽離子修飾。優(yōu)選支鏈淀粉重量百分含量至少為99％的淀粉。此類淀粉可用以下方法獲得對(duì)傳統(tǒng)的天然淀粉采取淀粉的分級(jí)分離或運(yùn)用一些種植方法使作物基本上產(chǎn)出純支鏈淀粉。支鏈淀粉重量百分含量至少為95％的淀粉，優(yōu)選的重量百分比至少為99％的淀粉，市場有售。這些淀粉出售形式如，臘狀玉米淀粉、臘狀馬鈴薯淀粉或臘狀小麥淀粉。天然的淀粉可以單獨(dú)或同陽離子聚合物混合進(jìn)行修飾。
本發(fā)明中包含的合成聚合粘合劑約為，按干物質(zhì)計(jì)算，每100份總顏料加入大約0至25份合成粘合劑；優(yōu)選地，按每100份干的總顏料計(jì)，5至25合成粘合劑。適用于本發(fā)明的合成聚合粘合劑包括，但不僅限于，同聚物、共聚物或三聚物，諸如丙烯酸和/或異丁烯酸的聚合物、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、苯丙共聚物、丁苯共聚物、醋酸乙烯酯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯酯-丁字酸乙烯酯(vinyl versatate)共聚物、醋酸乙烯酯-馬來酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯酯-氯乙烯-丙烯酸三聚物、次乙基-氯乙烯-丙烯酸三聚物、聚氨基甲酸乙酯、聚乙烯丁醛樹脂、構(gòu)造的丙烯酸聚合物、絕氧的氰基丙烯酸酯聚合物、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚丙烯、乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/甲基丙烯酸共聚物、受輻照聚乙烯、聚酰胺、聚酯，環(huán)氧、含酚、含氨基、含呋喃、含聚酰亞胺、天然橡膠等，苯乙烯(烷)共聚物和三聚物、無填充及苯乙烯(烷)填充共聚物、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁烯橡膠、聚丁烯橡膠、乙烯-丙烯-二烯橡膠、硅橡膠以及動(dòng)物膠等。聚合物或預(yù)聚物可以選擇性地含有重量含量高達(dá)約10％的某一功能單體，例如，但不僅限于，羧酸、磷酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽、和酰胺的單體及其混合物、非功能性單體及其混合物。優(yōu)選的聚合粘合劑為水溶性乳液聚合物。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，合成粘合劑包括，苯乙烯-丙烯酸酯、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈、醋酸乙酯、和乙烯-丙烯酸酯。
本發(fā)明的涂層含水量高于涂料組合物總重量的60％。含水量低于60％的產(chǎn)品可以獲得可比的結(jié)果。
本發(fā)明的涂層還可以含有微量的，也就是低于涂料組合物總重量20％的，傳統(tǒng)粘合添加劑，如交聯(lián)劑、滑爽劑、增稠劑、堿、光學(xué)拋光劑、消泡劑、分散樹脂、防霉劑、抗微生物制劑、乳濁顏料、膨脹顏料、和顯色劑。這些選擇性添加的組分可以分別加入涂層制備物中或加到預(yù)混合物中。
本發(fā)明的方法包括用涂布機(jī)將前述的涂層給原紙進(jìn)行涂層，然后再將涂層紙干燥，使得每令涂層紙產(chǎn)品每面留有1至3磅的干燥涂料組合物，優(yōu)選地，每令涂層紙產(chǎn)品每面留有1.0-2.5磅的干燥涂料組合物。
合適的涂布機(jī)包括，但不僅限于，較短的停留(保壓)時(shí)間、輥筒涂布機(jī)、噴射口、計(jì)量施膠壓力裝置、噴淋裝置、幕布和掛桿。在一個(gè)實(shí)施例中，涂布機(jī)是一個(gè)短時(shí)間拖刀涂布器，其刀口為0.457mm/45°。在另一個(gè)實(shí)施例中，涂布機(jī)是一種噴射涂布機(jī)。
合適的干燥方法包括，但不僅限于，紅外、氣流、和熱風(fēng)罩干燥或這些方法的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，用紅外線和熱空氣干燥器對(duì)涂層紙進(jìn)行干燥，達(dá)到的目標(biāo)濕度為5％。
然后，涂層紙?jiān)俳?jīng)過壓光而達(dá)到最終紙產(chǎn)品所需的光澤度和光滑度。在恒定溫度和壓力的條件下，減少輥筒數(shù)目可以降低壓光強(qiáng)度，從而獲得更松厚的紙張。在保持輥筒和壓區(qū)數(shù)目不變的情況下，降低溫度和壓力同樣具有生成出較松厚紙張的效果?？梢杂脙蓚€(gè)依次排列聯(lián)線的軟壓區(qū)壓光機(jī)，或用脫線的多壓區(qū)超級(jí)壓光機(jī)組對(duì)涂層紙幅的兩面同時(shí)進(jìn)行壓光，以獲得50-55的目標(biāo)光澤度。其它合適的壓光機(jī)包括，但不僅限于，Jamis、Optiload(延長壓區(qū))和Shoe壓光機(jī)，可聯(lián)線或脫線使用。本發(fā)明的壓光儀器由一系列的壓區(qū)和輥筒組成。壓區(qū)的數(shù)目在1至11的范圍內(nèi)，輥筒的數(shù)目在2至12的范圍內(nèi)。本發(fā)明的壓光條件比用于典型的輕質(zhì)涂層紙的壓光條件更柔和。
在一個(gè)實(shí)施例中，用兩個(gè)依次排列的聯(lián)線軟壓區(qū)壓光機(jī)對(duì)輕質(zhì)涂層紙的兩面同時(shí)進(jìn)行壓光，從而獲得50-55的目標(biāo)光澤度。將軟壓區(qū)壓光機(jī)輥筒加熱至70-200℃，并且對(duì)每個(gè)壓區(qū)運(yùn)用100-350kN/m的壓力負(fù)荷而獲得目標(biāo)光澤度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，用至少3個(gè)但不超過5個(gè)壓區(qū)的分離超級(jí)壓光機(jī)對(duì)輕質(zhì)涂層紙進(jìn)行壓光，速度為500m/min，溫度為50至150℃。除了輥筒的重力負(fù)荷以外，不再施加任何壓力。
具體實(shí)施例方式
在以下的實(shí)施例中，紙涂層是在引領(lǐng)(pilot)涂層儀器中制造并應(yīng)用的。用于實(shí)施例中的原紙是基本重量為24磅/3300平方英尺的含磨木漿紙，用短時(shí)間保壓(葉片0.457mm/45°)涂布機(jī)以4000ft/min的涂層速度對(duì)該原紙的兩面進(jìn)行涂層(一次一面)，并用IR和熱空氣干燥器進(jìn)行干燥以達(dá)到5％的目標(biāo)濕度。
實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)實(shí)施例1是對(duì)照涂層紙產(chǎn)品，其涂層在每個(gè)總顏料體積中不含有具孔隙聚合顏料顆粒。涂層應(yīng)用于原紙(含有24磅磨木的原紙)，使用短時(shí)間保壓(葉片涂布機(jī))以4000英尺/分鐘的速度進(jìn)行涂層，每次一面，這樣用串聯(lián)β測規(guī)測得涂層重量為5.5磅/令/面。在對(duì)第二面進(jìn)行涂層操作時(shí)，將紙幅的一半通過2個(gè)串聯(lián)的軟壓區(qū)壓光輥筒，每組的溫度均維持在170℃，壓區(qū)的壓力維持在350kN/m，這樣，所得產(chǎn)品的紙張光澤度約為52-53(由串聯(lián)的光澤度測量計(jì)測得)。在涂層操作的最后，將剩余的已涂層但未壓光的半卷紙通過分離超級(jí)壓光機(jī)組的5個(gè)壓區(qū)，溫度維持在80℃，應(yīng)用的壓區(qū)負(fù)荷為150PSI，所得產(chǎn)品的紙張光澤度約為51-52(由串聯(lián)的光澤度測量計(jì)測得)。軟壓區(qū)的壓光結(jié)果列于表中。
實(shí)施例2-7實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)實(shí)施例2-7中紙產(chǎn)品的涂層在每個(gè)總顏料體積中含有55至100粉的含孔聚合顆粒。如前所述，用短時(shí)間保壓(葉片涂布機(jī))以4000英尺/分鐘的速度將涂層應(yīng)用于原紙上，每次一面，然而，用串聯(lián)β測規(guī)測得的實(shí)施例2-7中涂層的重量為2.0磅/令/面。在涂層操作中，將紙幅的一半通過2個(gè)串聯(lián)的軟壓區(qū)壓光輥筒，每組的溫度均維持在90℃，壓區(qū)的壓力維持在125和300kN/m，這樣，所得產(chǎn)品的紙張光澤度約為50-65(由串聯(lián)的光澤度測量計(jì)測得)。在涂層操作的最后，將剩余的已涂層但未壓光的半卷紙通過分離超級(jí)壓光機(jī)組的3個(gè)壓區(qū)，溫度維持在60℃，(除了壓光機(jī)組自身的重力以外)不再加壓區(qū)負(fù)荷，所得產(chǎn)品的紙張光澤度約為50-65(由串聯(lián)的光澤度測量計(jì)測得)。軟壓區(qū)的壓光結(jié)果列于表中實(shí)施例2-4、6和7。超級(jí)壓光機(jī)的結(jié)果列于實(shí)施例5。


權(quán)利要求
1.一種涂層紙產(chǎn)品，其特征在于，它含有含有磨木漿的每令重16-36磅的未涂層紙幅；其中，紙幅的兩面均用一種水性涂料組合物進(jìn)行涂層，該涂料組合物包含按每100份干的總顏料計(jì)，0至45份無機(jī)顏料，按每100份干的總顏料計(jì)，55至100份具孔隙聚合顏料顆粒，其中，所述具孔隙顆粒的直徑為0.2至5μm，而孔隙體積占20-80％，按每100份干的總顏料計(jì)，10至50份淀粉基或蛋白質(zhì)基的聚合粘合劑，其中，每令干燥并壓光的涂層紙產(chǎn)品的每一面有1至3磅干燥的涂料組合物，每令紙產(chǎn)品的重量為18至40磅，不透明度不高于約90，光澤度為40至85，亮度為70至83。
2.如權(quán)利要求1所述的涂層紙產(chǎn)品，其特征在于，按每100份干的總顏料計(jì)，含有5至25份的合成粘合劑。
3.如權(quán)利要求2所述的涂層紙產(chǎn)品，其特征在于，含孔顏料顆粒的顆粒大小為0.3-2.0μm。
4.如權(quán)利要求3所述的涂層紙產(chǎn)品，其特征在于，所述含孔顏料顆粒的孔隙體積占40-70％。
5.如權(quán)利要求4所述的涂層紙產(chǎn)品，其特征在于，所述紙產(chǎn)品在涂覆組合物后，其重量為每令24-34磅。
6.如權(quán)利要求5所述的涂層紙產(chǎn)品，其特征在于，其不透明度為85-90。
7.如權(quán)利要求6所述的涂層紙產(chǎn)品，其特征在于，其光澤度為50-55。
8.一種生產(chǎn)涂層紙產(chǎn)品的方法，其特征在于，包括以下步驟在含有磨木漿的紙幅的至少一面上涂覆一涂料組合物，其中未涂覆的紙幅的重量為每令16至36磅，該涂料組合物包含按每100份干的總顏料計(jì)，按每100份干的總顏料計(jì)，0至45份無機(jī)顏料，按每100份干的總顏料計(jì)，按每100份干的總顏料計(jì)，，55至100份具孔隙聚合顏料顆粒，其中所述具孔隙顆粒的直徑為0.2至5μm，而孔隙體積占20-80％，按每100份干的總顏料計(jì)，10至50份淀粉基或蛋白質(zhì)基淀粉基或蛋白質(zhì)基聚合粘合劑，以及在總的水性組合物中，含水量高于60％，干燥紙產(chǎn)品上的涂料組合物，使得有1至3磅的干燥涂料組合物仍然留在每令干燥涂層紙產(chǎn)品的每一面上，從而形成每令重量為18至40磅的干燥的涂層紙產(chǎn)品，不透明度不高于約90，光澤度為40至85，其亮度為70至83；并且使干燥的涂層紙產(chǎn)品通過壓光設(shè)備，其中壓光儀器至少含有2個(gè)輥筒和1個(gè)壓區(qū)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，涂布機(jī)進(jìn)行用較短停留時(shí)間涂層，每令紙每面應(yīng)用的涂料組合物的干燥總重量為1.0-2.5磅。
10.權(quán)利要求8中所述的方法，其特征在于，用噴射涂布機(jī)進(jìn)行涂層，每令紙每面應(yīng)用的涂料組合物的干燥后總重量為1.0-2.5磅。
11.權(quán)利要求8中所述的方法，其特征在于，用軟壓區(qū)壓光儀器進(jìn)行壓光，該儀器含有依次排列的輥筒，儀器該處加熱至70-200℃。
12.權(quán)利要求8中所述的方法，其特征在于，用脫線的超級(jí)壓光儀器進(jìn)行壓光，該儀器含有大約3-5個(gè)軟壓區(qū)，其中儀器加熱至50-150℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種涂層紙產(chǎn)品，以及生產(chǎn)該產(chǎn)品的方法。將大量的無機(jī)顏料、有機(jī)顏料、相對(duì)大量的粘合劑以及水組合而成一種涂料組合物，該組合物應(yīng)用于低重量的紙幅。然后，該涂層的紙幅經(jīng)過干燥并在相對(duì)低的壓光強(qiáng)度下進(jìn)行壓光。生產(chǎn)出的涂層紙產(chǎn)品松密度高、輕質(zhì)或者超輕質(zhì)，并且顯示出與較重的涂層紙產(chǎn)品可比的光學(xué)和印刷特性。
文檔編號(hào)D21H19/36GK1740441SQ2005100939
公開日2006年3月1日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月27日
發(fā)明者J·T·布朗, R·穆克阿邁拉 申請人:羅門哈斯公司