專利名稱：制造超松厚的輕量涂布紙的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造松厚輕量紙產(chǎn)品的方法，該紙產(chǎn)品具有與較重紙相當?shù)耐Χ群筒煌该鞫?，該方法包括使用含高級磨木漿的紙張；用特別配制的涂料進行涂布；然后使紙幅通過兩個具有延長壓區(qū)的壓光機；紙的每一面對應(yīng)一個壓區(qū)。
背景技術(shù)：
由于郵費不斷大量增加，所以對適用于雜志的較輕紙產(chǎn)生相當大的需求。然而，當紙變輕后，會出現(xiàn)“透明”和柔軟“感”等問題，從而使得這些較輕的紙基本上不能用于雜志、小冊子、年度報告、廣告頁、直接郵件以及類似的宣傳材料，尤其不能用于高質(zhì)量的雜志。
制備輕量松厚紙張的嘗試是利用較高等級的磨木漿并用由較高等級的高嶺土和塑料顏料配制的涂料對紙幅進行涂布，或使用比傳統(tǒng)涂料更松厚的涂料進行涂布。例如參見第6,287,424、6,332,953和4,749,445號美國專利。第5,283,129號美國專利公開了一種高光澤度輕量紙，其用含有層狀粘土、煅燒粘土及二氧化鈦的顏料組合物涂布，其中用最多約5重量份的空心不透明塑料顏料代替二氧化鈦。第4,010,307號美國專利公開了一種高光澤度涂布紙產(chǎn)品，其含有70-95重量％的碳酸鈣和5-30重量％的粒徑在0.05-0.30μm范圍內(nèi)的不成膜聚合物顏料。
在造紙過程中，修整操作可為壓光處理，其中紙幅通過在一對或多對輥子之間形成的壓區(qū)，由此使紙幅的表面變平以形成光滑的表面。同時，紙幅的厚度減小，并被壓實。因為松厚度與密度成反比，所以若密度增加，則經(jīng)修整紙產(chǎn)品的松厚度下降。其他制造輕量(24-40磅)松厚涂布紙的嘗試是在減少的載荷和壓區(qū)數(shù)目下利用在線熱軟壓光機、在線超級壓光機或離線超級壓光機實施。例如參見第5,694,837、5,750,259、5,546,856、5,400,707號美國專利，它們涉及一種修整連續(xù)紙張的設(shè)備；第5,163,364號美國專利，其涉及一種壓光紙張或紙板紙幅的方法；以及涉及松厚紙的第09/839,507號美國專利申請。還參見Wikstrom，M.的“延長的軟壓區(qū)上涂布紙和紙板的壓光(Calendering of coated paper andboard in an extended soft nip)”，Nordic Pulp & Paper Research J.no.4，P289-298(1997)；Carlsson等人的“乳膠粘結(jié)劑的黏彈性性質(zhì)對高溫壓光運轉(zhuǎn)性能的影響”，2002 TAPPI Coating Conference，P-457；Moreau-Tabiche等人的“Wood containing paper pilot calendering-obtainedresults throughsupercalendering，soft nip calendering，and extended nipconcept”，TAPPI 2000 Coating Conference，P-245。
然而，這些利用低于傳統(tǒng)超級壓光機壓區(qū)的壓力制造輕量松厚紙的嘗試，得到基本上低光澤度的紙，通常遠低于75°紙漿與造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會(TAPPI)的光澤度40，即低于35。該較低光澤度的紙很難用于許多出版目的，如要求高光澤度且高印刷光澤度的輕量松厚紙的雜志。
因此，目前用于提高紙的松厚度的方法包括使用較高等級的含磨木漿的原紙，并用容易修整的涂料(即用較高等級的高嶺土和塑料顏料配制)進行涂布，然后用具有減少的載荷和壓區(qū)數(shù)的超級壓光機進行壓光。目前商用的30磅樣品的分析表明，該紙的松厚度在1.7-1.9密耳的范圍內(nèi)。
現(xiàn)有技術(shù)并未教導一種制造具有高挺度、不透明度和白度的松厚輕量涂布紙的方法，該紙可用作“廉價”的膠版印刷紙。因此，存在制造具有可與較重紙張相比的較高挺度和不透明度的較輕量紙張的強烈需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明滿足了本領(lǐng)域中明顯的需求，其提供一種制備30磅/3300平方英尺的具有高挺度、不透明度和白度、可用作“廉價”膠版印刷紙的松厚輕量涂布紙的方法，該方法包括使用含磨木漿的高級紙張、用特殊配制的涂料進行刮涂、接著用兩個具有延長壓區(qū)的壓光機進行壓光，紙的每一面對應(yīng)一個壓光機。
我們的數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明方法生產(chǎn)的超松厚的輕量涂布紙(LWC)與目前松厚度最高的商用紙張相比，松厚度提高了最大22％。本發(fā)明的用具有延長壓區(qū)的壓光機壓光的紙與用超級壓光機壓光的同類產(chǎn)品相比，具有更高的白度和不透明度、相當?shù)幕蚋玫挠∷⑿阅?，特別是印刷光澤度的性能。由于使用兩個具有延長壓區(qū)的壓光機產(chǎn)生的明顯較高的松厚度，主要是因為所述具有延長壓區(qū)的壓光機可保持更好的松厚度，也就是說，在相等的載荷下使用兩個具有延長壓區(qū)的壓光機提供比超級壓光機和熱軟壓光機更低的壓區(qū)強度。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種制造超松厚的膠版印刷輕量涂布紙的方法，其包括以下步驟(a)生成一種包含機械漿和化學漿的纖維配料；(b)由所述纖維配料形成紙幅；(c)從所述紙幅中去除水；(d)用本發(fā)明的涂布配制品進行涂布；(e)使涂布紙幅通過兩個具有延長壓區(qū)的壓光機的壓區(qū)，其中紙的每一面朝向一個熱輥，并用所述壓光機的壓區(qū)之一進行處理；其中每個壓光壓區(qū)是由一個表面溫度至少為300°F的壓光輥和一個寬度至少為30mm的襯墊底托形成的，所述壓區(qū)提供至少為1000磅/線英寸的載荷；而且經(jīng)壓光的紙保持大于75％的紙厚度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造30磅/3300平方英尺的超松厚的5號膠版印刷輕量涂布紙的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種包含至少40％機械漿的配料，優(yōu)選為60％的機械漿，其中所述機械漿部分包含等量混合的熱磨機械漿(TMP)和傳統(tǒng)的磨石磨木漿，其中剩余的組成是牛皮紙漿。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造超松厚的膠版印刷輕量涂布紙的方法，其中涂布配制品優(yōu)選用刮刀涂布機或計量施膠壓榨涂布機進行涂布。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造超松厚的膠版印刷輕量涂布紙的方法，其中所述涂布配制品含有(i)空心塑料顏料；(ii)高嶺土顏料；(iii)煅燒的高嶺粘土；(iv)二氧化鈦(TiO2)顏料；(v)合成的乳膠粘結(jié)劑；以及(vi)合成的增稠劑(或輔助粘結(jié)劑，其包括羧甲基纖維素(CMC)或丙烯酸基或基于兩者聯(lián)合的增稠劑)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種涂布配制品，其中所述空心塑料顏料的含量為顏料總量的至少約2重量％，優(yōu)選為3-5重量％。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種涂布配制品，其中所述高嶺土顏料為顏料總量的至少約70重量％，優(yōu)選為80-100重量％，其具有細小的粒度分布，其特征在于，至少85％的所述顆粒小于2μm，至少50％的所述顆粒小于0.5μm，這些數(shù)據(jù)是基于使用Sedigraph粒度分析儀給出的顆粒計數(shù)，而且所述高嶺土顏料具有扁平狀形態(tài)，其特征為細顆粒和粗顆粒的形狀因子均大于15，優(yōu)選為20-27。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種涂布配制品，其中所述煅燒高嶺土為顏料總量的至少約5重量％。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種涂布配制品，其中所述TiO2為顏料總量的至少約2重量％，優(yōu)選為3-5重量％。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種涂布配制品，其中所述合成的乳膠的濃度為顏料總量的至少約12重量份或更多。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種涂布配制品，其中所述合成的增稠劑的濃度為顏料總量的至少約0.05重量份或更多。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種涂布配制品，其中所述涂料也可含有沉淀碳酸鈣(PCC)或研磨碳酸鈣(GCC)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種涂料，該涂料在所述紙幅各表面上的涂布重量至少為每面2.0磅/3300平方英尺，優(yōu)選為2.0-60磅/3000平方英尺，更優(yōu)選為2.5-5.5磅/300平方英尺，從而形成的涂布紙幅在壓光前的水分含量為至少5.5％，優(yōu)選為6.5-8.0％，更優(yōu)選為7.0％。所述涂料含有細小的扁平狀高嶺土顏料、乳膠粘結(jié)劑和增稠劑，所述涂布紙幅的厚度大于2.6密耳。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造超松厚的膠版印刷輕量涂布紙的方法，與傳統(tǒng)的超級壓光機或熱軟壓光機相比，其明顯地保持更多的初始松厚度，壓光步驟是使用兩個具有延長壓區(qū)的壓光機實施，其中所述壓光機優(yōu)選為底托壓區(qū)(shoe nip)壓光機(SNC)，所述底托壓區(qū)的寬度在約40mm至約80mm的范圍內(nèi)，壓光溫度控制在約300°F至約430°F，壓區(qū)的載荷為1700-2400磅/線英寸。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造超松厚的膠版印刷輕量涂布紙的方法，其中所述經(jīng)修整涂布紙的基重為28-38磅/33平方英尺，并呈現(xiàn)35％或更高的75°TAPPI光澤度，以及至少2.15密耳的厚度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造超松厚的膠版印刷輕量涂布紙的方法，其中所述LWC的厚度比經(jīng)超級壓光機壓光的30磅/3300平方英尺的LWC高17-27％，而且具有提高的白度、不透明度和印刷光澤度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造超松厚的膠版印刷輕量涂布紙的方法，其中所述具有延長壓區(qū)的底托的壓光機生產(chǎn)的5號LWC膠版印刷紙張，相對于用超級壓光機壓光的其同類產(chǎn)品，其松厚度提高了最大22％，并具有更好的白度和不透明度，以及相當?shù)幕蚋玫挠∷⑿阅堋?br>

圖1所示為壓光對厚度性質(zhì)的影響。該圖表明用底托壓區(qū)壓光機壓光的紙具有明顯較高的厚度。
圖2所示為壓光對白度性質(zhì)的影響。該圖表明在底托壓區(qū)壓光機中修整的樣品，其白度明顯高于在超級壓光機中進行修整的樣品。
圖3所示為原紙對不透明度性能的影響。
圖4所示為涂料對光澤度性能的影響。
圖5所示為印刷表面粗糙度(PPS)性能。該圖表明PPS性能不僅取決于壓光方法，還取決于原紙和涂料的類型。
圖6所示為涂料對印刷光澤度測量的影響。
具體實施例方式
本發(fā)明方法制造了一種具有相對更高松厚度的輕質(zhì)紙產(chǎn)品，因此制造的較厚紙張具有降低的密度或壓實性，同時保持與較重質(zhì)紙張相當?shù)妮^高挺度和不透明度的有利性。
本發(fā)明的方法中，原紙是用高級機械漿制造的。該方法還包括一個包含顏料淀積的涂布配制品，其含有(i)含量為顏料總量至少2重量％的空心塑料顏料；(ii)含量為顏料總量至少70重量％的扁平狀或細小顆粒狀的工程高嶺土；(iii)含量為顏料總量至少2重量％的TiO2；(iv)含量為顏料總量至少10％的煅燒粘土。粘結(jié)劑包括占顏料總量14-20重量份的雙峰式粒度分布的苯乙烯-丁二烯(PSD SB)乳膠或用Acronitrile改性的SB乳膠。輔助粘合劑包括CMC、丙烯酸基或基于兩者聯(lián)合的增稠劑。該涂布配制品用刮刀涂布機或計量施膠壓榨涂布機進行涂布，涂布重量在約2.5-5.5磅/3300平方英尺的范圍內(nèi)。本發(fā)明的方法還包括一個壓光步驟，其是用兩個具有延長壓區(qū)的壓光機實施的，每一面對應(yīng)一個壓區(qū)，其中紙的涂布面對著溫度在320°F-420°F范圍內(nèi)的熱輥。線載荷在約1400-2600pli的范圍內(nèi)。在壓光前紙張的水分含量控制在約等于或大于6.5％。與用超級壓光機壓光的同類產(chǎn)品相比，所得的紙具有更好的白度和不透明度。印刷性能，特別是印刷光澤度性能相當于或優(yōu)于用超級壓光機壓光的同類產(chǎn)品。
纖維配料用本發(fā)明方法制造的LWC紙以具有高百分比機械漿的水基配料開始，其中剩余的組成是牛皮紙漿。所述機械漿一般為約至少40％，通常在40％-80％的范圍內(nèi)，優(yōu)選在60％-80％的范圍內(nèi)。該機械漿部分含有等量混合的熱機漿和傳統(tǒng)的磨石磨木漿。剩余成分為牛皮紙漿。機械漿提供一種成型良好的原紙。這里所用的機械漿可包括磨石磨木漿(SGW)、熱機械漿(TMP)或化學熱機械漿(CTMP)。樣品配料為(1)30％TMP/30％SGW/40％軟木牛皮紙漿SWK和(2)60％TMP/10％PGW/30％SWK。SWK不被當作機械漿。另一個實例可為55％-65％CTMP/35％-45％SWK。
用傳統(tǒng)造紙設(shè)備由上述配料制造紙張。然后使該紙張進入壓榨階段，其中可傳統(tǒng)地進行壓榨。然后使紙幅進入干燥階段，干燥至水分含量低于6％，優(yōu)選為4％或更低。然后在造紙機上或在離開造紙機處，用本發(fā)明的涂布配制品涂布該紙張。
涂布配制品本發(fā)明方法中，在修整之前施用涂布配制品。根據(jù)本發(fā)明的涂布配制品含有(i)空心塑料顏料；(ii)高嶺土顏料；(iii)煅燒高嶺粘土；(iv)二氧化鈦(TiO2)；(v)合成的乳膠粘結(jié)劑；(vi)合成的增稠劑(或輔助粘結(jié)劑，其包括羧基甲基纖維素或丙烯酸基或基于兩者聯(lián)合的增稠劑)。所述涂布配制品也可包括沉淀碳酸鈣(PCC)或研磨碳酸鈣(GCC)。
空心塑料顏料的含量為顏料總量的至少2重量％，優(yōu)選為約3-5重量％。適當?shù)目招乃芰项伭习ㄓ蒖OHMNOVA 2990 Gilchrist Road，Akron，Ohio 44305在商業(yè)上提供的ROPAQUE HP-1055。高嶺土顏料的含量為顏料總量的至少約70重量％，優(yōu)選為80-100重量％，優(yōu)選被加工成具有細小粒徑及非常扁平的形態(tài)。高嶺土顏料具有細小的粒度分布，其特征在于，至少85％的顆粒小于2μm，至少50％的顆粒小于約0.5μm，這些數(shù)據(jù)是基于用Sedigraph粒度分析儀測量的顆粒計數(shù)。所述高嶺土具有扁平狀形態(tài)，其特征為細顆粒和粗顆粒的形狀因子均大于15，優(yōu)選為約20-27。形狀因子的計算是基于Sven Lohmander的“用不同方法測定的顏料顆粒的縱橫比(Aspect Ratios Of Pigment Particles Determined ByDifferent Methods)”Nordic Pulp And Paper Research，Vol.15，No.3/2000，pg.221所描述的方法。合適的高嶺土顏料包括由Imerys，Rt-1，Dry branch，Georgia 31020在商業(yè)上提供的CONTOUR 1500。煅燒高嶺粘土為顏料總量的至少5重量％。合適的煅燒顏料包括由Engelhard，101 WoodAvenue，Iselin，New Jersey 08830提供的ANSILEX 93。TiO2顏料的含量為顏料總量的至少2重量％，優(yōu)選為約3-5重量％。合適的TiO2顏料包括由Dupont(杜邦)提供的RPS VANTAGE。合成的乳膠粘結(jié)劑的濃度為顏料總量的至少約12重量份或更多。合適的合成乳膠粘結(jié)劑包括由BASF，11501 Steele Creek Road，Charlotte，North Carolina 28273在商業(yè)上提供的STYRONAL 4681。合成的增稠劑的濃度為顏料總量的至少約0.05重量份或更多(或輔助粘結(jié)劑，其包括羧基甲基纖維素(CMC)或丙烯酸基或基于兩者聯(lián)合的增稠劑)。合適的合成增稠劑包括由BASF在商業(yè)上提供的STEROCOLL FD。涂布配制品也可包括PCC或GCC，其由Minerals Technologies，Inc.，9 Highland Avenue，Bethlehem，Pennsylvania 18017和Omya，61 Main Street，Proctor，Vermont 05765在商業(yè)上提供。
涂布配制品可通過將不同配料共同以一罐法混合而進行制備，或通過先預混合，然后將各種配料組合而進行制備。通常攪拌混合物以使配料均勻化。用Brookfield粘度測定儀在100rpm轉(zhuǎn)速下測得，所得配制品的粘度在約1000cPs至約1500cPs的范圍內(nèi)。在使用時，例如在刮刀涂布機中，涂布配制品的理想固體含量為約53至約55重量％；然而，因為塑料顏料典型地以具有低固體含量的水性分散液的形式加至配制品中，所以涂布配制品的固體含量更通常地在約49至約51重量％的范圍內(nèi)。樣品涂布配制品為91％CONTOUR 1500；5％RPS VANTAGE；4％ROPAQUE HP-1055；14份STYRONAL 4681；以及0.7份STYROCOLL FD，涂料的固體含量為50％，Brookfield粘度為1000cPs。
所述涂布配制品應(yīng)以約2.0-6.0磅/3300平方英尺的重量進行涂布，優(yōu)選為2.5-5.5磅/3300平方英尺。涂布配制品通常，但并非必需，涂布在紙幅的兩面。一般而言，可用第4,250,211和4,512,279號美國專利中描述的任何傳統(tǒng)類型的刮刀涂布而涂布所述涂布配制品，和/或用第5,436,030號美國專利中描述的水槽式涂布機，和/或第5,112,653號美國專利中描述的雙刮刀涂布機，將這些專利的教導并入本申請中作為參考。另外，涂布配制品可用計量施膠壓榨涂布機進行涂布，如Metso′sOptisizer。這里所用的術(shù)語刮片或刮刀涂布機，除非特別說明，理解為包括其他相當?shù)挠嬃渴郊夹g(shù)。第4,780,336號美國專利中描述的刮刀刀片有利地用于提供低涂布重量。優(yōu)選使用刮刀涂布機進行涂布配制品的涂布，可使原紙表面具有基本上均勻的厚度。涂布過程優(yōu)選以離線或在線的方式實施。在壓光之前，紙幅的水分含量大于5.5％，優(yōu)選為6.5％，更優(yōu)選為7.0％。
延長壓區(qū)壓光機然后可將涂布紙用兩個具有延長壓區(qū)的壓光機進行壓光，優(yōu)選用底托壓區(qū)壓光機(SNC)，其包括一個熱輥和一個軟底托支架，如第6,332,953、6,465,074和6,213,009號美國專利所描述的，這里將其教導的內(nèi)容并入本申請作為參考。在該種壓光機中，所述壓區(qū)是在一個圓柱狀壓榨輥和一個弓形壓榨底托之間形成。后者具有一個圓柱形凹面，其曲率半徑與所述圓筒狀壓榨輥接近。當使輥與底托在物理上相互接近時，則形成壓區(qū)，該壓區(qū)在加工方向的長度可比兩個壓榨輥之間形成的壓區(qū)長五到十倍。這增加了所謂纖維素纖維紙幅在長壓區(qū)中的停留時間，同時可使每平方英寸上的壓榨壓力保持在適當?shù)乃?。與傳統(tǒng)的超級壓光機和熱軟壓光機相比，使用底托壓區(qū)壓光機可保持明顯較大的原始松厚度。
使涂布紙通過兩個壓光壓區(qū)，紙的每一面對著一個熱輥，并用所述壓光機壓區(qū)之一進行處理；每個壓光壓區(qū)是由一個表面溫度至少為300°F的壓光機輥和一個寬度至少為30mm的支撐底托形成，所述壓區(qū)提供至少1000磅/線英寸的載荷；經(jīng)壓光的紙保留大于75％的厚度。
與相同重量的傳統(tǒng)涂布紙相比，所得涂布紙通常具有以下特征(1)白度提高最大4.0％；(2)不透明度提高最大3.3％；(3)厚度提高最大22％；(4)紙的光澤度降低1％-7％，但印刷光澤度相當或提高2％-5％；(5)表面稍粗糙，即在10kg夾緊壓力下測得的PPS為1.6-2.6μm(用下述涂料A或B獲得的可商購產(chǎn)品的PPS為1.6-1.9μm)；(6)對于相同直徑的輥，每輥的重量更輕，表明紙的松厚度更高。
實施例原紙使用以下類型的原紙檢驗五種32g/m2原紙的效果B1、B1/高機械、B4以及兩種經(jīng)熱軟預壓光的原紙(即B1/預壓光和B1/高機械/預壓光)。B1和B1/高機械的性能列于表1中。B4原紙與B1原紙類似，只是B4的紙張中添加了較少的濕部淀粉。預壓光的原紙比非預壓光的原紙具有更光滑的表面，但其厚度降低。表1表明，通過將TMP的含量從30％增加到60％，總機械漿的含量從60％增加到70％，同時仍使紙保持良好的加工運轉(zhuǎn)性能。表2表明，通過將機械紙漿的量從60％增加到70％，厚度從2.85增加到3.03，同時粗糙度和孔隙率略微增加。
涂布配制品“對照”涂料是典型的5號輕質(zhì)涂料，其含有79％的標準鱗片狀高嶺土，其中80％的顆粒小于2μm且平均粒徑為0.75μm，這些數(shù)據(jù)是用Sedigraph粒度分析儀測定；7％的白度為93％的煅燒高嶺土；7.5％的TiO2；6.5％的空心塑料顏料；8份淀粉；以及12份涂料固體含量為50.7％的苯乙烯-丁二烯(SB)乳膠。
涂料A包含86％的細小扁平狀高嶺土，其中90％的顆粒小于2μm且平均粒徑為0.5μm，這些數(shù)據(jù)是用Sedigraph粒度分析儀測定；5.5％的空心塑料顏料；14份含丙烯腈(acronitrile)單體的苯乙烯-丁二烯乳膠(SBAn)；以及0.25份固體含量為53.9％的合成增稠劑。
涂料B包含76％的粗糙扁平鱗片狀高嶺土，其中60％的顆粒小于2μm且平均粒徑為1.6μm；10％的白度為93％的煅燒高嶺土；8.5％的TiO2；5.5％的空心塑料顏料；12份SBAn乳膠；以及0.25份固體含量為51.1％的合成增稠劑。
涂料C包含86％的細小的工程高嶺土，其中99％的顆粒小于2μm且平均粒徑為0.21μm；8.5％的TiO2；5.5％的空心塑料顏料；16份SBAn乳膠；以及0.25份固體含量為55.6％的合成增稠劑。
涂布方法使用短駐留的刮刀涂布機，將以下的表3所描述的涂料涂布在表1和表2中所述的原紙上。紙反面的涂布重量為5.7g/m2，紙正面的涂布重量為4.9g/m2。先涂布反面，接著涂布正面。B4原紙以3700fpm進行涂布，其它的原紙以2100fpm進行涂布。最終涂布紙張的水分含量被控制在5.5-6.0％。
表1原紙性質(zhì)

表2原紙的比較

*每面使用一個壓區(qū)在350°F和15psi下實施熱軟預壓光表3涂布配制品

壓光方法用Metso Paper Inc制造的Optidwell底托壓區(qū)壓光機以3000fpm對上涂布紙進行壓光。壓光過程以每面一個壓區(qū)實施，先壓光反面，再壓光正面。第一壓區(qū)的熱輥溫度為350°F，壓區(qū)寬度為70mm；第二壓區(qū)的溫度為400°F，壓區(qū)寬度70mm。第一和第二壓區(qū)的載荷為2300pli。
另外，用“對照”涂料進行涂布的紙也用傳統(tǒng)的超級壓光機以1000fpm進行壓光。超級壓光機的輥子溫度為190°F，壓區(qū)的載荷被調(diào)整為使B1原紙樣品可獲得45％的紙張光澤度。同樣的超級壓光條件也用于用“對照”涂料進行涂布的B4原紙。
涂布紙的性質(zhì)所有涂布紙張的性質(zhì)如圖1-6所示。印刷性能用四色紙幅膠版印刷在Rochester Institute of technology(RIT)，Rochester，NY進行評估。幾個30磅的商用產(chǎn)品也在RIT進行印刷以作為對比。典型的32磅至40磅LWC紙的性質(zhì)，或工業(yè)上的平均性質(zhì)也匯總并包括在圖中以作為對比。厚度(圖1)樣品是用B1和B4原紙制造，用“對照”涂料進行涂布，在超級壓光機中壓光，其厚度為1.80-1.83密耳，并與用相同原紙制造并用“對照”涂料進行涂布的商用產(chǎn)品相一致。同樣的樣品是在底托壓區(qū)壓光機中進行壓光，其厚度明顯較高(2.18-2.20密耳)，約提高22％。用B1/高機械原紙制備的30磅SNC涂布紙樣品具有最厚的厚度，相當于或略優(yōu)于典型的40磅LWC產(chǎn)品。用預壓光紙制備的30磅SNC涂布紙樣品的厚度低于其未壓光的同類產(chǎn)品，但仍在典型的36-38磅LWC產(chǎn)品的范圍內(nèi)。用B1原紙制備的30磅SNC涂布樣品的厚度與典型的40磅LWC紙張相接近。用B4原紙制備的30磅SNC涂布樣品的厚度略低于用B1原紙制備的樣品，但可比于典型的38磅LWC紙張。
與用涂料A或涂料C涂布的樣品相比，用含有粗糙的扁平狀高嶺土和煅燒高嶺土的涂料B涂布的樣品具有提高的厚度?？傊瑹o論是否用預壓光的原紙制造，30磅SNC紙具有明顯增加的厚度，也就是說，與超級壓光的同類產(chǎn)品(30磅)相比，其厚度提高了17-27％。如圖1所示，明顯增加的厚度的主要原因是底托(shoe)壓光機可以保持優(yōu)良的松厚度。因此，提高紙的初始松厚度，同時使用底托壓光機可產(chǎn)生最高的最終厚度。
總之，圖1表明，用底托壓區(qū)壓光機壓光并用“對照”涂料進行涂布的樣品的厚度，比其超級壓光的同類產(chǎn)品增加約22％。用底托壓區(qū)壓光機壓光并用“對照”涂料A、B或C進行涂布的樣品的厚度，比用作比較的、具有最高厚度的商用紙張30#Mainebulk增加約12-22％(厚度為2.12-2.32密耳)。涂布配制品對松厚度的影響相對較小，僅用涂料B涂布的樣品具有略高的松厚度。主要要求用原紙影響松厚度，也就是說，用預壓光的原紙產(chǎn)生較低的厚度，而用機械漿含量較高的原紙產(chǎn)生較高的松厚度?？傊肂1/高機械原紙得到最高的松厚度，接下來是B1原紙、B4原紙、B1/高機械/預壓光原紙，然后是B1/預壓光原紙。白度(圖2)非壓光原紙較高的厚度產(chǎn)生的白度高于預壓光的原紙。當比較用“對照”涂料進行涂布的樣品時，在SNC中修整的樣品與用超級壓光機壓光的樣品相比具有更高的白度。這是由于相對較弱的壓力以及底托壓區(qū)壓光機明顯較少的壓區(qū)數(shù)目。用涂料A或涂料B涂布的樣品具有相似的白度性能，其白度高于用涂料C涂布的樣品。一般而言，SNC樣品的白度在72.7-74.5％的范圍內(nèi)，明顯高于商用樣品(30磅)以及工業(yè)用樣品(32-40磅)。
總之，圖2表明，用“對照”涂料涂布的底托壓光機壓光的紙與用超級壓光機壓光的同類產(chǎn)品相比，其白度高約1.1-3.1個百分點。若用涂料A代替“對照”涂料，則白度高0.2-0.6個百分點。用涂料B涂布的樣品具有可相比的白度。用涂料C涂布的樣品的白度降低0.3-0.5個百分點。提高機械漿在原紙中的含量會使白度降低。預壓光原紙的白度可比于或略優(yōu)于其非預壓光的同類產(chǎn)品。總之，用B1、B1/預壓光、或B1/高機械/預壓光的原紙、并用涂料A或涂料B涂布的樣品具有優(yōu)良的白度。
不透明度(圖3)與白度性能相似，不透明度也高度取決于原紙的類型。用未壓光的原紙(B1和B4)，特別是機械漿含量較高的原紙，產(chǎn)生較高的不透明度。用涂料A或涂料B(均含有扁平狀高嶺土)涂布的樣品具有相似的不透明度，其不透明度均高于用涂料C涂布的樣品或用“對照”涂料涂布的樣品。除用涂料C涂布并用B4原紙制造的樣品，SNC樣品的不透明度明顯高于商用樣品(30磅)和工業(yè)用樣品(32-40磅)。
總之，圖3表明，用底托壓光機壓光并用“對照”涂料涂布的紙張的不透明度比用超級壓光機壓光的同類產(chǎn)品高約2.0-2.5個百分點。用涂料A或涂料B代替“對照”涂料，于原紙上(包括B1、B1/預壓光、B1/高機械和B1/高機械/預壓光的原紙)產(chǎn)生的不透明度比用涂料C涂布的樣品高約1個百分點，其產(chǎn)生的不透明度低約1個百分點。預壓光的原紙產(chǎn)生的不透明度比非預壓光的同類產(chǎn)品低0.1-0.8個百分點?？傊?，用涂料A涂布并用B1/高機械原紙制造的樣品具有最高的不透明度，接下來是用涂料A或涂料B涂布并用B1、B1/預壓光或B1/高機械/預壓光的原紙制造的樣品。
75°TAPPI紙張光澤度(圖4)用“對照”涂料涂布并在SNC中修整的樣品的光澤度明顯低于在超級壓光機中修整的樣品。事實上，SNC樣品僅具有31-33％的光澤度，明顯低于30磅的商用樣品。此外，含淀粉的“對照”涂料的光澤度性能差于不含淀粉的涂料A、B和C。能達到40％光澤度的樣品僅為用涂料A或涂料C涂布的樣品。一般而言，具有更光滑表面和更低孔隙率的B4原紙和預壓光的原紙，給出提高的紙張光澤度。用B4原紙制備并用涂料C涂布的樣品具有最高的光澤度(50％)。
總之，圖4表明，用“對照”涂料涂布并用底托壓光機壓光的紙張的光澤度比用超級壓光機壓光的同類產(chǎn)品低約15-20個百分點。用涂料A代替“對照”涂料，產(chǎn)生的紙張光澤度增加約9-12個百分點；用涂料B代替，產(chǎn)生的紙張光澤度增加約2-5個百分點；用涂料C代替，產(chǎn)生的紙張光澤度增加約12-17個百分點。實施預壓光產(chǎn)生的紙張光澤度提高2-5個百分點?？傊?，用涂料C涂布的紙張的光澤度高于用涂料A涂布的紙，用涂料B涂布的紙具有最低的紙張光澤度。
以印刷表面粗糙度測量的表面平滑度(圖5)用“對照”涂料涂布并在SNC中修整的樣品，與在超級壓光機中修整的樣品相比，具有較差的印刷表面粗糙度(PPS)，或更粗糙的表面。所述PPS性能不僅取決于壓光方法，而且取決于原紙和涂布的種類。例如，諸如B1原紙的較粗糙原紙的PPS比諸如B4原紙的較平滑原紙差。出于同樣的理由，與未壓光原紙相比，用來提高原紙平滑度的預壓光過程也使PPS提高。含有扁平狀高嶺土的涂料A和B得到的PPS優(yōu)于含有細小加工的高嶺土的涂料C。因此，SNC樣品的PPS比商用樣品(30磅)以及通常的工業(yè)樣品(32-40磅)差。
總之，圖5表明，用“對照”涂料涂布并用底托壓區(qū)壓光機壓光的紙張的PPS比用超級壓光機壓光的同類產(chǎn)品高約0.1-0.9個百分點。用涂料A代替“對照”涂料，使PPS降低約0.1-0.6個百分點。用涂料B代替，使PPS降低約0.1-0.4個百分點。用涂料C代替“對照”涂料給出的PPS提高0.2-0.3個百分點。預壓光過程使PPS降低0.1-0.5個百分點?？傊?，所有用涂料A或涂料B涂布的原紙給出可商購的PPS，即1.6-1.9μm。
印刷光澤度(圖6)印刷光澤度是用RIT紙幅膠版印刷信號在四色黑區(qū)域中進行測量。與用“對照”涂料進行涂布的樣品比較時發(fā)現(xiàn)，用超級壓光機壓光的樣品比SNC樣品的印刷光澤度更高，這主要是由于用超級壓光機壓光的樣品具有較高的紙張光澤度。印刷光澤度性能與紙張光度相類似，也取決于原紙的平滑度和孔隙率，也就是說，B4和預壓光的原紙表面越平滑、孔隙率越低，則印刷光澤度越高。涂料A、B和C與“對照”涂料相比，給出更優(yōu)的印刷光澤度。SNC樣品通常顯示出相當于或優(yōu)于30磅商用紙張的印刷光澤度。在所有SNC樣品中，用B4原紙制備并用涂料A涂布的樣品具有最高的印刷光澤度。
總之，用“對照”涂料涂布并用底托壓區(qū)壓光機壓光的紙張的印刷光澤度，比用超級壓光機壓光的同類產(chǎn)品低約7個百分點。用涂料A代替“對照”涂料，給出的印刷光澤度提高10-12個百分點；用涂料B代替，可提高4-8個百分點；用涂料C代替，可提高4-10個百分點。預壓光過程使印刷光澤度提高1-5個百分點。總之，用涂料A、B或C涂布并用底托壓光機壓光的紙張的印刷光澤度至少可與商用紙張相比較。
雖然本發(fā)明的描述中參考了優(yōu)選的具體實施方案，其應(yīng)在示意性而非限制的意義上構(gòu)成。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容做出大量的修改。例如，可以使用不同的乳膠和顏料。所有這些變化和修改均在本發(fā)明的范圍精神之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造輕量松厚涂布紙的方法，其包括以下步驟(a)生成一種包含機械漿和化學漿的纖維配料；(b)由所述纖維配料形成紙幅；(c)從所述紙幅中去除水；(d)將一種涂料以每面至少2.0磅/3300平方英尺的涂布重量涂布在所述紙幅的各表面上，從而形成水分含量大于5.5％且厚度大于2.6密耳的涂布紙幅；(e)使該涂布紙幅通過兩個具有延長壓區(qū)的壓光機，紙的每一面朝向一個熱輥，并用所述壓光機的壓區(qū)之一進行處理；其中每個壓光壓區(qū)是由一個表面溫度至少為300°F的壓光輥和一個寬度至少為30mm的襯墊底托形成的，所述壓區(qū)提供至少為1000磅/線英寸的載荷；而且經(jīng)壓光的紙保持大于75％的厚度。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述紙是5號膠版印刷輕量涂布紙。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中所述配料包含至少40％的機械漿。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中所述配料包含約60-80％的機械漿。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述涂料的涂布重量為每面2.0-6.0磅/3300平方英尺。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述涂布紙幅的水分含量大于6.5％。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述涂布紙幅的水分含量大于7.0％。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中所述涂料包括空心塑料顏料；高嶺土顏料；煅燒高嶺粘土；二氧化鈦顏料；合成乳膠粘結(jié)劑；以及合成增稠劑，或輔助粘結(jié)劑，其包括羧基甲基纖維素或丙烯酸基或基于兩者聯(lián)合的增稠劑。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中所述涂料還包括沉淀碳酸鈣或研磨碳酸鈣。
10.如權(quán)利要求8的方法，其中所述空心塑料顏料的含量為顏料總量的至少約2重量％。
11.如權(quán)利要求8的方法，其中所述空心塑料顏料的含量為顏料總量的約3-5重量％。
12.如權(quán)利要求8的方法，其中所述高嶺土顏料具有細小的粒度分布，其特征在于，至少85％的所述顆粒小于2μm，至少50％的所述顆粒小于0.5μm，這些數(shù)據(jù)是基于使用Sedigraph粒度分析儀測量的顆粒計數(shù)。
13.如權(quán)利要求8的方法，其中所述高嶺土顏料具有扁平狀形態(tài)，其特征為細顆粒和粗顆粒的形狀因子均大于15。
14.如權(quán)利要求8的方法，其中所述高嶺土顏料具有扁平狀形態(tài)，其特征為細顆粒和粗顆粒的形狀因子約為20-27。
15.如權(quán)利要求8的方法，其中所述高嶺土顏料的含量為顏料總量的至少70重量％。
16.如權(quán)利要求8的方法，其中所述高嶺土顏料的含量為顏料總量的80-100重量％。
17.如權(quán)利要求8的方法，其中所述二氧化鈦的含量為至少約2％。
18.如權(quán)利要求11的方法，其中所述二氧化鈦的含量為約3-5％。
19.如權(quán)利要求1的方法，其中所述涂料優(yōu)選用刮刀涂布機或計量施膠壓榨涂布機進行涂布。
20.如權(quán)利要求1的方法，其中所述壓光機是底托壓區(qū)壓光機，所述底托壓區(qū)的寬度在約40mm-約80mm的范圍內(nèi)，壓光溫度至少為300°F，壓區(qū)載荷為1700-2400磅/線英寸。
21.如權(quán)利要求1的方法，其中所述壓光紙具有28-38磅/3300平方英寸的基重、35％或更高的75°TAPPI光澤度以及至少2.15密耳的厚度。
22.一種制造超松厚的膠版印刷輕量涂布紙的方法，其包括(a)生成一種包含至少40％機械漿的纖維配料；(b)由所述纖維配料形成紙幅；(c)從所述紙幅中去除水；(d)使用刮刀涂布機以每面至少2.0磅/3300平方英尺的涂布重量涂布在所述紙幅的各表面上，從而形成水分含量至少為5.5％的涂布紙幅；(e)使該涂布紙幅通過兩個具有延長壓區(qū)的壓光機，紙的每一面朝向一個熱輥，并用所述壓光機的壓區(qū)之一進行處理；其中每個壓光壓區(qū)是由一個表面溫度至少為300°F的壓光輥和一個寬度至少為30mm的襯墊底托壓區(qū)形成的，所述壓區(qū)提供至少為1000磅/線英寸的載荷，而且經(jīng)壓光的紙保持大于75％的厚度；其中所述涂料含有(i)含量為顏料總量的至少約2重量％的空心塑料顏料；(ii)含量為顏料總量的至少約70重量％的高嶺土顏料，所述高嶺土顏料具有細小的粒度分布，其特征在于，至少85％的所述顆粒小于2μm，至少50％的所述顆粒小于0.5μm，并具有扁平狀形態(tài)，其特征為細顆粒和粗顆粒的形狀因子均大于15，優(yōu)選為20-27；(iii)含量為顏料總量的至少約2重量％的二氧化鈦；(iv)含量為顏料總量的至少5重量％的煅燒高嶺土；(v)濃度為顏料總量的至少約12重量份或更多的合成乳膠；(vi)濃度為顏料總量的至少約0.05重量份或更多的合成增稠劑；其中，經(jīng)修整的涂布紙具有28-38磅/33平方英尺的基重、35％或更高的75°TAPPI光澤度以及至少2.15密耳的厚度，相對于用超級壓光機壓光的30磅/3300平方英尺的LWC，其厚度提高17-27％，松厚度提高最大22％，并具有提高的白度、不透明度和印刷光澤度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造松厚輕量紙產(chǎn)品的方法，其包括對含優(yōu)質(zhì)磨木紙漿的原紙用特殊配制的涂料進行刮刀涂布、然后將得到的紙幅通過兩個具有延長壓區(qū)的壓光機，每一個壓光機對應(yīng)紙的一面。結(jié)果，涂布紙的密度降低了，同時保持了可與重質(zhì)紙相當?shù)耐Χ群筒煌该鞫取?br> 文檔編號D21H19/42GK1723317SQ200380104201
公開日2006年1月18日 申請日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)明者秦祥和, 汪小芹, 彼得·韋韋爾卡 申請人:國際紙業(yè)公司