專利名稱：：具有膨脹聚合物微球的紙板材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大體涉及來自低密度紙張或紙板的制品的制備，和涉及由此制備的隔熱制品，且特別地涉及由具有改善的印刷表面和質(zhì)量的低密度紙張和紙板制備的紙杯和折疊紙箱。
背景技術(shù)：
：紙板用來制造用于多種消費(fèi)品如藥品、家庭娛樂、健美用品、食品和煙草制品的包裝。隔熱紙杯和折疊紙箱廣泛地用于供應(yīng)熱飲料和冷飲料以及其它食品。該制品可由多種材料制成，所述材料包括聚苯乙烯泡沫、雙壁容器和多層的紙基容器如包含外泡沫層的紙板容器。紙基容器經(jīng)常比由苯乙烯基材料制成的容器更為合適，因?yàn)榧埢牧贤ǔ８菀自傺h(huán)、可生物降解并具有對于印刷更容易接受的表面。然而，與聚苯乙烯泡沫基制品相比，多層和多壁的紙基容器的生產(chǎn)成本相對昂貴，且經(jīng)常未顯示出相當(dāng)?shù)母魺嵝阅?。具有外部泡沫隔熱層的紙板容器的生產(chǎn)成本通常比雙壁容器更為低廉，但外表面更不適宜于印刷。印刷墨斑在膠板印刷中是不合需要的品質(zhì)。具體地，當(dāng)來自前面的打印站(station)的印刷品與隨后的打印站相接觸時(shí)，在涂層紙板和其它涂層襯底中可觀察到背面凹陷的印刷墨斑，其中所述打印站可為兩個(gè)其它打印站至多達(dá)六個(gè)或更多個(gè)其它打印站。該印刷墨斑是由多種原因?qū)е碌模@些原因包括涂覆處理的干燥期間的粘合劑遷移、劣質(zhì)原紙(basesheet)的形成和不均勻的涂覆重量分布(coatweightdistribution)。印刷墨斑減少可包括在涂覆后控制干燥的技術(shù)，這可能限制生產(chǎn)效率并為了克服它們而需要額外投資?？蓽p少所述印刷墨斑的任何方法在生產(chǎn)美觀上具有吸引力的制品方面都是有用的。從美學(xué)和經(jīng)濟(jì)的角度來看，具有改善的墨斑的低密度涂層紙板是合適的。紙板密度的減小得到了需要更少材料和更少的能量輸入來生產(chǎn)相同面積的紙板的更經(jīng)濟(jì)的制品。涂層紙板的印刷特性取決于所述涂層制品的原紙結(jié)構(gòu)、涂層性能和拼版(laydown)以及整飾加工的復(fù)雜相互作用。在理想狀況中，將良好形成的原紙(優(yōu)良構(gòu)造)在砑光(進(jìn)行最小化密化)前進(jìn)行輕微的拋光，涂覆配方與設(shè)備允許均勻的涂層分布，即然后進(jìn)行拋光以給出光滑表面，而沒有更進(jìn)一步地密化。在實(shí)踐中，需要過度砑光以達(dá)到涂覆前目標(biāo)光滑度的方式來形成基片，這是難以達(dá)到的。從生產(chǎn)成本的角度來看，紙板的密化是不合適的。此外，基片的過度密化促進(jìn)了不均勻的粘合劑遷移，這導(dǎo)致產(chǎn)生印刷墨斑。校正原紙的密化的現(xiàn)有方法包括1)在紙板的中心板層增加具有膨體纖維(bulkyfiber)如BCTMP和其它機(jī)械纖維的及其，2)使用在脫水期間降低密化的寬壓區(qū)壓榨部，和3)用于基料的替代砑光技術(shù)，包才舌熱軟石牙光鋼壓區(qū)石牙光(hotsoftcalendering)、熱鋼石牙光(hotsteelcalendering)、寬壓區(qū)砑光、蒸汽潤濕(steammoisturization)、l化形壓區(qū)石牙光(shoenipcalendering)。這些選擇一般需要大量的資金并在經(jīng)濟(jì)性上是禁止的。如果未將所述基料整飾成目標(biāo)光滑度，則需要使用較高的涂覆重量來取得希望的印刷質(zhì)量。而在該情況中，所述基料密度可能較低，涂覆成本將顯著增大并增大了總成本，和增大了最終產(chǎn)品的密度。因此，需要用于降低具有改善的或希望的光滑度和打印質(zhì)量的涂層紙板的密度的方法與裝置。
發(fā)明內(nèi)容對所述涂層紙板的基料進(jìn)行改性以改善所述紙板的膠版印刷性能。具體地，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可使用現(xiàn)有的裝置、工藝和設(shè)備來制備密度降低的基料，所述基料具有印刷墨斑減少的印刷襯底。同樣地，如果墨斑的當(dāng)前水平是可以接受的，則可降低所述紙板的定量，從而得到更經(jīng)濟(jì)的制品。本發(fā)明的另個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可使用膨脹微球來降低紙板的密度，而同時(shí)保持紙板挺度并改善了所述紙板的壓縮率特性，從而在膠板印刷中能夠改善印刷墨斑。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)是作為每噸紙板定量的重量百分?jǐn)?shù)顯著地減少了取得目標(biāo)特性所需要的膨脹微球。因此，本發(fā)明涉及包含纖維素纖維和分散在所述纖維素纖維中的膨脹合成聚合物微球的紙張或紙板襯底，所迷膨脹合成聚合物微球的量基于襯底總重量為約0.05-約0.5重量％,折干計(jì)算。所述襯底包含至少一個(gè)適合印刷的表面。所述表面包含小于約5.0的Parker光滑度、小于約180Sheffield單位的Hagerty/Sheffield光滑度或其組合。此外，本發(fā)明涉及具有定量為100-350磅/3,000平方英尺的紙板制品。所述紙板包含至少一個(gè)適合印刷的涂層表面。所述至少一個(gè)涂層表面包含纖維素纖維和分散于其中的基于纖維素纖維總重量為約0.05-約0.5重量％折干計(jì)算的膨脹合成聚合物微球。所述涂層表面具有小于約2.0的Parker光滑度，不小于約20Sheffield單位的Hagerty/Sheffield光滑度或其組合。此外，本發(fā)明涉及制備紙張或紙板襯底的方法，該方法包含提供包含纖維素纖維和約0.05-約0.5重量％折干計(jì)算的膨脹或可膨脹微球的造紙配料；從所述造紙配料形成纖維性村底；通過移動(dòng)所述纖維性襯底使其通過至少一個(gè)壓榨帶或壓榨毛毯設(shè)備或它們的組合來形成壓榨的紙板襯底；通過使用所述印刷帶或所述壓榨毛毯來提高在所述壓榨的紙板襯底和造紙機(jī)的干燥裝量。B'、；/''Z,'當(dāng)結(jié)合以下附圖進(jìn)行理解時(shí)，可從對優(yōu)選實(shí)施方式的以下描述中可得到對本發(fā)明的全面理解。其中圖l是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式，用來形成紙板襯底的、在壓榨部具有至少一個(gè)壓榨帶的造紙機(jī)的示意圖2是圖1的一部分，示出了所示多個(gè)壓榨帶的壓榨部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)；圖3是干燥設(shè)備與紙板襯底的部分剖面圖，示出了圖解在所述紙板襯底和所述干燥設(shè)備之間的溫度分布細(xì)節(jié)；和圖4示出了使用壓榨毛毯且不使用壓榨帶的紙板襯底在厚度和可膨脹微J求方面的變化。具體實(shí)施例方式盡管本發(fā)明可具有多種不同形式的實(shí)施方式，這些實(shí)施方式顯示在附圖中并在這里將在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中進(jìn)行描述，但可以理解本公開僅認(rèn)為是本發(fā)明原理的示例性說明，且不是用來將本發(fā)明的紙板限定到具體實(shí)施方式。容器如紙杯或折疊紙箱被廣泛地用來分配熱飲料和冷飲料。涂覆有隔熱層的紙板襯底經(jīng)常提供可接受的隔熱性能，然而，所述外層通常為增大了成本且難以印刷的泡沫熱塑性聚合物層。起鈹和雙壁紙板容器也通常提供合適的隔熱性能，但比單層容器更為復(fù)雜且生產(chǎn)成本更為昂貴。這兩種選擇在結(jié)構(gòu)上使用更多的材料，因此它們對環(huán)境具有更大的影響。到目前為止，難以生產(chǎn)基本上由紙板制成的經(jīng)濟(jì)的隔熱容器，所述紙板具有用于可轉(zhuǎn)換性(convertibility)的必需強(qiáng)度、顯示出隔熱性能，并包含易于印刷的表面。本發(fā)明提供了改善的低密度紙板材料，該材料具有適合于熱飲料和冷々大料容器的隔熱性能，并具有在紙杯形成操作中轉(zhuǎn)變成紙杯所必需的強(qiáng)度性能。通過提供包含硬木纖維、軟木纖維或硬木纖維和軟木纖維的組合的造紙配料而制得了所述低密度紙板材料。優(yōu)選的造紙配料包含約60-約80重量％折干計(jì)算的硬木纖維和包含約20-約40重量％折干計(jì)算的軟木纖維。優(yōu)選地，所述纖維來自于漂白的硬木和軟木牛皮紙漿。所述配料還包含約0.25-約10%折干計(jì)算的可膨脹微球，優(yōu)選地所述微球處于未膨脹狀態(tài)。最優(yōu)選地，所述微球占所述配料的約2-約5重量％,折干計(jì)算。在所述造紙配料中也可加入其它常規(guī)材料如淀粉、填料，施膠化學(xué)物質(zhì)和強(qiáng)化聚合物。可使用的所述填料是有機(jī)和無機(jī)顏料，例如僅作為實(shí)例的聚合物顆粒如聚苯乙烯膠乳和聚曱基丙烯酸曱酯，以及礦物質(zhì)如碳酸鈣、高嶺土和滑石。包含可膨脹微球的紙張的生產(chǎn)一般性地描述在例如Meyer的U.S.專利No.6，846,529、U.S.No.6,802,938、U.S.專利No.3,556,934中，如同這里充分闡述的那樣，其公開內(nèi)容通過引用而并入進(jìn)來。合適的可膨脹微球包括具有基本上球形的含液體中心的合成樹脂顆粒。所述樹脂顆?？捎杉谆┧峒柞?、曱基丙烯酸曱酯、鄰-氯苯乙烯、聚鄰-氯苯乙烯、聚乙烯基千基氯(polyvinylbenzylchloride)、丙烯腈、偏二氯乙烯、對-叔丁基苯乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、曱基丙烯酸、乙烯基千基氯以及上述兩種或多種的組合。優(yōu)選的樹脂顆粒包含聚合物，所述聚合物包含約65-約90重量Q/o的偏二氯乙烯，優(yōu)選約65-約75重量％的偏二氯乙烯，以及約35-約10重量°/。的丙烯腈，優(yōu)選約25-約35重量％的丙烯腈。所述可膨脹微球的中心可包括揮發(fā)性液體起泡劑，其優(yōu)選不是所述聚合物樹脂的溶劑。特別優(yōu)選的起泡劑為異丁烷，其存在量可為所述樹脂顆粒的約10-約25重量％。當(dāng)在造紙機(jī)的干燥單元中將所述可膨脹微球加熱到約80。C-約19(TC時(shí)，所述樹脂顆粒的直徑膨脹為約0.5-約50微米。所述可膨脹微球組成、其含量、制備方法和應(yīng)用的實(shí)例可見于2007年4月25日提交的標(biāo)題為"ExpandableMicrospheresandMethodofMakingandUsingtheSame，，的U.S.專利申^青，SN—/—_,…、以及具有U.S.公開號2007/0044929-A1、2006/0231227-A1、2001/0044477、2003/0008931、2003/0008932和2004/0157057中,這里通過引用而將其全部并入進(jìn)來。更多的參考可見于U.S.專利Nos.3,615，972、3,864,181、4,006,273、4,044,176和6,617,364中,這里通過引用而將其全部內(nèi)容并入進(jìn)來。^f敖球的量通常為約0.001-10.0重量％。在優(yōu)選實(shí)施方式中，該量為約0.001-約5.0重量％。例如，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，基于所述襯底的總重量，可膨脹微球的量可為0.001、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5重量％，并包括其中的任何和所有范圍和子范圍。優(yōu)選地，基于所述襯底的總重量，用于本發(fā)明實(shí)施中的可膨脹微球的量為約0.01-1.0重量％折干計(jì)算的膨脹合成聚合物微球，當(dāng)選擇所述實(shí)施方式時(shí)，所述量為約0.05-約0.5重量％?？墒褂贸Ｒ?guī)紙漿制備(蒸煮、漂白精煉等)和造紙工藝來從所述配料形成紙板襯底。然而，本發(fā)明的一個(gè)方面是以如下方式優(yōu)選制備包含膨脹微球的低密度村底，從而使得相對于用來形成隔熱容器如紙杯或低密度的折疊紙箱，所述低密度襯底顯示出最小的平均內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度(CD和MD內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度的平均值)，同時(shí)降低了密度并提高了厚度。為此目的，本領(lǐng)域普通的熟練技術(shù)人員知道可采用單獨(dú)或組合的多種手段來提高給定了定量的紙板襯底的內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度性能。這些手段包括但不限于在所述配料中提高用于濕強(qiáng)度的濕和/或干強(qiáng)度劑如三聚氰胺曱醛、聚胺-表氯醇和聚酰胺-表氯醇與用于干強(qiáng)度的干強(qiáng)度劑如淀粉、樹膠、和聚丙烯酰胺的加入量，提高紙漿的精煉和在造紙機(jī)的壓榨部中提高濕襯底的壓榨。除了改善內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度之外，提高濕壓榨也能減少在襯底中的水分，并使得所述紙板比另外可能的方法以更快的速度得以干燥。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選采用能足夠保持最小的平均內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度至少為約100xl(T3ft-lbf的手段。至少就負(fù)載了以常規(guī)方式施加在其一個(gè)或兩個(gè)表面上的常規(guī)重量防滲涂層的杯子原料而言，這些手段是優(yōu)選的。然而，對于在中-上端施加的通常0.5-3.5mil的涂層厚度的較重的防滲涂層來說，這多少地放寬了所述最小內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度。例如，在防滲涂層厚度高于約1.5mil時(shí)，相信約80xicy3ft-lbf的最小內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度對于可接受的轉(zhuǎn)換性能來說是足夠的。而且，擠壓處理速度減少約25。/。的數(shù)量級可使得所述內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度要求放寬到約相同的最小水平上。在用于增大平均內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度的多種方法中，優(yōu)選通過在造紙期間增大紙漿配料的精煉，增大所述濕村底的內(nèi)部淀粉、千強(qiáng)度添加劑和濕壓榨到低于村底壓碎的水平，和如在施膠壓榨中所做的那樣增大施加到所述紙張襯底的表面上的淀粉與其它物質(zhì)的量來實(shí)現(xiàn)所希望的所述平均內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度的增大。在所述造紙配料中以未膨脹狀態(tài)包含可膨脹微球具有降低所得干燥紙板的表觀密度的效果。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過加入膨脹微球來降低紙板的密度不利地影響所述紙板成為紙杯和其它容器如折疊紙箱的可轉(zhuǎn)換性。根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)確定包含膨脹微球的低密度紙板制品提供了在多種轉(zhuǎn)換操作中加工性能所必需的物理性能，制成的所述低密度紙板制品具有相對窄的密度和厚度范圍并同時(shí)具有上述增大的內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度?？膳蛎浳⑶蛴昧康慕档透纳屏烁魺峒埍系目赊D(zhuǎn)換性，但降低了隔熱性能。本發(fā)明允許以較少的可膨脹微球獲得相同的密度，同時(shí)顯示了優(yōu)良的可轉(zhuǎn)換性能、印刷質(zhì)量和其它優(yōu)點(diǎn)。例如，表1顯示未使用壓榨帶的情況下可膨脹微球的加入改善了紙板襯底的性能。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>比如，表2顯示了在膨脹效率方面的改善并允許用戶來彌補(bǔ)在較高水平上觀測到的挺度損失(MD和CD平均挺度)，并改善了沒有挺度損失的紙板性能。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>關(guān)于紙杯生產(chǎn)所需的其它物理性能，根據(jù)本發(fā)明的低密度紙板襯底還優(yōu)選具有通過TappiStandardTestT確定的約30lbf/in的最小抗張強(qiáng)度，具有通過TappiStandardTestT494確定的約為3,3%的襯底平均橫向(CD)拉伸的最小值。本發(fā)明的另一方面是低密度紙板在She伍eld光滑度等級上具有小于或等于300的粗糙度，同時(shí)在柔性版印刷操作中顯示出類似的印刷質(zhì)量。所述紙板的可印刷性非常地出乎意料，因?yàn)闉榱说玫綋?jù)信是可接受印刷質(zhì)量所必需的通常約125-約200SU(來自超過400SU的預(yù)砑光光滑度)級別的表面光滑度(無涂層)，將常規(guī)紙板如紙杯基料通常砑光至約20mil的厚度。同樣地，包含可膨脹微球的涂層紙板或無涂層紙板的可壓縮性也改善了在恒定粗糙度下的平版印刷和凹版印刷的可印刷性。盡管我們不希望被任何理論所限制，但相信所述紙板的可印刷性歸因于它的相對高的壓縮率，該壓縮率能夠在凸版印刷和平版印刷機(jī)器上改善性能。使用用已知纖維類型制備的單層或多層紙板來制備涂層紙板，所述已知纖維類型包括漂白/未漂白、軟木、硬木、再循環(huán)和機(jī)械纖維，以及其它天然和合成纖維。造紙操作的化學(xué)性質(zhì)可為酸性或堿性，并可包括用來獲得功能特性如施膠(sizing)、強(qiáng)度、光學(xué)性質(zhì)如不透光度，亮度、油性、抗油性等的多種已知化學(xué)品。本發(fā)明包括以l-201b/噸的劑量比率加入可膨脹微球。所述加入可在造紙工藝的濕部(wetendsection)中的多個(gè)點(diǎn)上完成，包括但不限于成漿池、原料箱、沖漿泵的吸水管和其它可能的位置。在多層紙板的情況中，優(yōu)選將所述微球加入到在所述襯底內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)層中?？墒褂昧舸婊瘜W(xué)品(retentionchemical)如聚丙烯酰胺和PEI來確保所述微球保留在濕紙板中。將所述濕形成的紙張襯底在包含一個(gè)或多個(gè)壓榨帶的壓榨部中進(jìn)行壓榨。然后將所述紙張襯底在可包含滾筒干燥、condebelt干燥、IR或其它干燥裝置的干燥部中進(jìn)行干燥。將所述紙板干燥至水分含量小于10%。然后所述紙板可通過施膠壓榨機(jī)，其可為槽式施膠壓榨機(jī)(傾斜、垂直、水平的)或計(jì)量的施膠壓榨機(jī)(刀刃計(jì)量、棒計(jì)量或計(jì)量施膠壓榨的其它形式)。所述施膠壓榨操作可使用多種可能的粘合劑，所述粘合劑包括但不限于各種形式的淀粉(氧化的、陽離子的、乙基化的、羥乙基化的和其它的淀粉)、聚乙烯醇、聚乙烯胺、藻酸鹽、羧曱基纖維素等。所述施膠壓榨組合物可包括有機(jī)和無機(jī)顏料及其它功能添加劑。施膠壓榨施加的優(yōu)選方法可限制粘合劑從外邊緣滲入到小于10%厚度以內(nèi)。然后將具有淀粉的所述紙板在進(jìn)行砑光前干燥至水分含量小于10%。可以多種砑光工藝來進(jìn)行所述砑光，這些砑光工藝包括濕堆砑光(wetstackcalendering)和干堆砑光(drystackcalendering)、鋼壓區(qū)砑光(steelnipcalendering)、熱軟砑光或?qū)拤簠^(qū)砑光或例如其中使用摩擦處理來整飾所述表面的精密整飾(microfmishing)工藝。整飾目標(biāo)紙板至小于180Sheffield單位的目標(biāo)光滑度。然后可將所述光滑紙板在機(jī)外或機(jī)上涂覆處理中進(jìn)行涂覆。優(yōu)選方法為具有一個(gè)或多個(gè)工作站的聯(lián)機(jī)涂覆工藝。所述涂覆工作站可為任何已知的涂覆工藝，包括刷涂、棒涂、氣刀刮涂、噴涂、刀刃涂、轉(zhuǎn)移輥涂、逆輥涂和流延涂。所述涂層制品在常規(guī)干燥操作中進(jìn)行干燥并在一個(gè)或多個(gè)拋光工作站如光澤砑光機(jī)、柔性壓區(qū)砑光機(jī)或?qū)拤簠^(qū)砑光機(jī)中進(jìn)行整飾。最終的涂層產(chǎn)品具有以下規(guī)格密度8-12.0lbs/3MSF/milPPS10Kgf/cm2:<1.5微米She伍eld光滑度<20SU此外，當(dāng)上述涂層紙板在商業(yè)膠印機(jī)中進(jìn)行測試時(shí)，可顯示出印刷墨斑可為10%-50%。以前，為了降低定量或改善印刷質(zhì)量，進(jìn)行了試驗(yàn)來確定是否可將少量可膨脹微球加入造紙機(jī)的配料中。5lb/噸和10lb/噸水平的可膨脹微球顯示出一些印刷質(zhì)量和表面光滑度的改善，但伴隨著挺度降低。l和21b/噸的水平未降低挺度，但在印刷質(zhì)量方面未能產(chǎn)生明顯的改善，且沒有得到經(jīng)濟(jì)上可4亍的方法。一般地，本發(fā)明旨在解決與a)改善的機(jī)器速度和/或降低的成本/噸，b)改善的表面質(zhì)量，和c)改善的印刷質(zhì)量有關(guān)的問題。所有這些問題都得到了解決，而沒有犧牲紙板的挺度。應(yīng)注意到上述任何問題的解決方案都提供了竟?fàn)巸?yōu)勢。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提高了機(jī)械速度。如果可用可膨脹微球代替纖維，使得可得到纖維量減少的松密度(bulk)(Z-方向厚度)，然后可提高造紙機(jī)速度且可降低每噸纖維的成本。注意到用壓榨帶壓榨的包含可膨脹微球的紙漿配料的組合導(dǎo)致可膨脹微球效率出乎意料地增大。包含可膨脹微球的紙漿配料的所述組合使得在造紙機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)的隔熱紙杯生產(chǎn)期間，可膨脹微球的量降低到曾經(jīng)記錄的最低水平。在啟動(dòng)隔熱紙杯生產(chǎn)前，沒有可膨脹微球的印刷帶的操作產(chǎn)生了稍微改善的紙板光滑度。注意到未膨脹紙板的粗糙度降低，這導(dǎo)致對所述可膨脹微球的傳熱分布更均勻。膨脹效率提高的微球產(chǎn)生了比以前得到的更低密度的紙板。因?yàn)楦魺峒埍系母魺嶂蹬c所述紙板密度成正比，因此這產(chǎn)生了更有效率的制造能力。所述微球膨脹效率的提高還導(dǎo)致制品的成本降低。所用可膨脹微球的百分比對整飾紙板及其制品的總成本具有顯著的影響。因?yàn)槭褂昧溯^少的可膨脹微球，因此存在著有助于提高襯底強(qiáng)度的改善的纖維-纖維結(jié)合的強(qiáng)度。獲得目標(biāo)紙板密度所需可膨脹微球的用量的意外減少起因于改善的光滑度，該光滑度允許在所述襯底和干燥設(shè)備之間存在更大的接觸面積。與所述干燥設(shè)備密切接觸的所述襯底部分通過傳導(dǎo)進(jìn)行加熱。但靠近所述干燥機(jī)而不是接觸所述干燥設(shè)備的那些部分通過對流進(jìn)行加熱。因?yàn)閷α鱾鳠岜葌鲗?dǎo)傳熱的效率低，因而當(dāng)在所述紙板或襯底中可得到足夠的水分時(shí)，需要發(fā)生可膨脹微球的膨脹。如果將所述襯底干燥至其中所述可膨脹微球達(dá)到它們的膨脹溫度的低水分水平時(shí)，則這些微球沒有足夠的力去替換纖維。如果發(fā)生了該情況，則也不能增大厚度或降低紙板密度。因此，當(dāng)紙板纖維層仍具有足夠水分以提供纖維之間的潤滑性時(shí)，需要發(fā)生襯底膨脹。沒有可膨脹微球的紙板不易受到該缺陷的影響，并可通過增長干燥部的有效干燥長度(例如減速、增加蒸汽或加入更多干燥器)來將其干燥至目標(biāo)水分含量。當(dāng)局部溫度達(dá)到熱塑性殼的軟化溫度時(shí)，可膨脹微球開始膨脹。氣體在所述可膨脹微球的中心受熱并然后擴(kuò)張塑料球的直徑。對于可膨脹微球的給定聚合物結(jié)構(gòu)，用于膨脹的溫度取決于所述可膨脹微球的殼厚度和在所述可膨脹微球內(nèi)部的氣體數(shù)量而開始稍微發(fā)生改變。任何批次的可膨脹微球可在一定溫度范圍內(nèi)開始膨脹。如果在橫向機(jī)器方向(CD)條(crossmachinedirectionstrip)中，與干燥機(jī)相接觸的局部襯底的溫度是均勻的，則在所述條中的具有給定膨脹溫度的所有可膨脹微球?qū)⑼瑫r(shí)膨脹。這產(chǎn)生了在所述加熱CD條中的紙板厚度的均勻增大。隨著當(dāng)所述襯底穿過干燥部時(shí)襯底的溫度持續(xù)增高，具有更高膨脹溫度的更多可膨脹微球?qū)⒕鶆虬l(fā)生膨脹。如果襯底具有初始均勻外形且與所述干燥設(shè)備均勻接觸，則所述村底應(yīng)當(dāng)均勻膨脹，且所述襯底的所有區(qū)域?qū)⒈３峙c干燥設(shè)備相接觸并通過更有效的傳導(dǎo)傳熱而纟寺續(xù)受熱。如果包含可膨脹微球的襯底具有不均勻的外形，則低凹的區(qū)域?qū)⒉荒芙佑|所述干燥設(shè)備。這些區(qū)域通過對流傳熱受熱更慢，且它們的溫度維持地比與所述干燥設(shè)備緊密接觸通過傳導(dǎo)傳熱而受熱的高凸區(qū)域更低。因?yàn)檫@是瞬間的傳熱情況，所以在初始干燥階段，提高下游溫度并不能補(bǔ)償局部降低的溫度。一旦所述局部溫度降低，它將趨于保持這種降低。因此所述高凸區(qū)域比所述低凹區(qū)域更早達(dá)到膨脹溫度，并比所述低凹區(qū)域更早開始膨脹。正常的外形差異可通過提高所用可膨脹微球的量使得所有區(qū)域可包含更多所述可膨脹微球來克服，實(shí)現(xiàn)更低的平均膨脹溫度。這增大了產(chǎn)品的成本并降低了可膨脹微球的效率。如果所述紙板的表面外形非常粗糙，則在局部溫度上的差異可導(dǎo)致稱為"豹點(diǎn)(Leopardspots)，，的不能接受的缺陷，該缺陷引起了經(jīng)常高達(dá)最終紙板厚度的50%的過度厚度差異。紙機(jī)10包括布漿器12、流漿箱14、長網(wǎng)臺(tái)(fourdriniertable)或雙網(wǎng)臺(tái)(twinwiretable)16、壓榨部18、干燥部20、砑光組(calenderingstack)22和巻軸24。將上述類型的造紙?jiān)辖?jīng)過管道26從紙漿原料儲(chǔ)槽(未繪出)供給到布漿器12。布漿器12分配紙漿原料流均勻地經(jīng)過造紙機(jī)械10的煒軸。將所述均勻分配的紙漿原料引入流漿箱14中，該流漿箱將造紙?jiān)系木鶆蛏淞麽尫诺介L網(wǎng)成形臺(tái)16的活動(dòng)成形網(wǎng)上。所述成形網(wǎng)是沿著在多個(gè)輥28上的行程的循環(huán)路程進(jìn)行移動(dòng)的多孔編織支承表面。所述成形網(wǎng)將纖維形成連續(xù)織結(jié)的襯底30，而所述長網(wǎng)成形臺(tái)16通過抽吸力將水從所述紙張襯底中排出。然后濕紙張襯底30通過一系列滾壓機(jī)19而穿過壓榨部18，在滾壓機(jī)19中基本上除去其它的水并加固所述紙張襯底的結(jié)構(gòu)。然后將所述加固的紙張襯底30傳送到干燥部20，在干燥部20中所述紙張襯底30通過與一系列蒸汽加熱的設(shè)備或圓筒32進(jìn)行接觸而進(jìn)行干燥，所述蒸汽加熱的設(shè)備或圓筒32蒸發(fā)而除去大部分的殘留水，并建立纖維-纖維的結(jié)合。將紙張襯底30的干燥襯底傳送到砑光組22,在其中通過降低紙張襯底厚度并提高紙張襯底30光滑度的一系列輥壓區(qū)(rollnip)對所述干燥的紙張襯底30進(jìn)行砑光。然后通過纏繞在巻軸24上而收集干燥的砑光紙張襯底或襯底。所述紙張襯底30的壓榨通常與壓榨部18中的兩個(gè)常規(guī)輥之間的毛毯(未顯示)進(jìn)行接觸來進(jìn)行。所述毛毯通常包含具有不同設(shè)計(jì)和粗糙度水平的一層、兩層或三層的粗糙基體編織物。所述紙張襯底30和所述毛毯在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)輥之間進(jìn)行壓榨。通常地在常規(guī)壓榨部中，與毛毯相接觸的所述紙張襯底30受到壓縮。水從紙張襯底30中流出并流入到所述毛毯中，當(dāng)所述毛毯吸滿水時(shí)，則水從所述毛毯中流出。在壓榨部后，所述紙張襯底進(jìn)入到造紙機(jī)10的干燥部20中。圖2解釋了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中用壓榨帶36代替至少一個(gè)壓榨毛毯34。所述壓榨帶36通常由光滑橡膠制成，取決于設(shè)計(jì)，其可為透水的、半透水的或完全不透水的。所述帶36也可由其它材料制成。所述紙張襯底30在壓縮下與壓榨帶36的兩側(cè)相接觸。在用兩個(gè)輥19壓縮所述紙張襯底30期間，在所述紙張襯底30中的水均勻分布在所述紙張村底30的厚度內(nèi)，且當(dāng)所述紙張襯底30移到干燥部(未顯示)時(shí)，則在示于圖1中的所述紙張襯底30和干燥設(shè)備20之間有著更有效的傳熱相互作用。在所述干燥部20中，所述紙張村底30中的水以高效速度和低蒸汽使用率進(jìn)行蒸發(fā)。底30上均勻分布。蒸發(fā)速度受到在干燥圓筒內(nèi)部使用的蒸汽壓的極大影響。因此，蒸發(fā)所述紙張襯底30中剩余的水導(dǎo)致所述微球均勻地在所述紙張襯低了初始加入到纖維中的微球的量。此外，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)通過使用壓榨帶34，顯著地降低了微球的量而沒有不利地影響所述紙張村底30的挺度或厚度。示于圖1和2中的所述壓榨部18是示例性的，且可不脫離本發(fā)明范圍地使用具有至少一個(gè)壓榨帶34的多種設(shè)計(jì)的壓榨部18。通常，取決于設(shè)計(jì)，紙張襯底可在進(jìn)入干燥部之前在所述壓榨部中穿過至少一個(gè)階段或優(yōu)選兩個(gè)階段，或最優(yōu)選三個(gè)或更多個(gè)階段。然而，應(yīng)當(dāng)注意到，不管在所述壓榨部中的階段的數(shù)目是多少，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式在壓榨部中的至少一個(gè)階段中，應(yīng)當(dāng)使用壓榨帶代替壓榨毛毯。圖3示出了在干燥圓筒32中的蒸汽40和紙張襯底30之間的溫度分布。相應(yīng)地列出了來自所述干燥圓筒內(nèi)部的對傳熱的多種阻力。通常地，所述圓筒32中的冷凝層44、外表面上的污垢膜46和空氣層48提供了主要阻力。如圖2中所示，與所述干燥設(shè)備32緊密接觸的所述紙張襯底30的某些部分通過傳導(dǎo)進(jìn)行加熱。但靠近而非接觸所述干燥設(shè)備32的那些部分是通過對流進(jìn)行加熱。因?yàn)閷α鱾鳠岜葌鲗?dǎo)傳熱具有更低的效率，所以當(dāng)在所述紙張襯底30中可得到足夠水分時(shí)，需要發(fā)生可膨脹微球的膨脹。如果所述紙張襯底已經(jīng)干燥至其中可膨脹微球達(dá)到它們的膨脹溫度的低水分含量，則所述微球?qū)]有足夠的力去代替纖維。如果發(fā)生了這種情況，則將不能提高厚度或也不能降低所述紙張襯底30的密度。因此，當(dāng)所述襯底纖維層仍具有足夠水分以提供纖維之間的潤滑性時(shí)，需要發(fā)生紙張襯底的膨脹。圖4示出上述沒有使用壓榨帶34(例如使用壓榨毛毯36)和使用壓榨帶34時(shí)的紙板襯底在厚度和可膨脹微球方面的變化。在所述圖中，線A描述了微球相對于使用壓榨帶34的所述紙張村底30在標(biāo)稱20點(diǎn)上的厚度的各種變化。線B描述了微球相對于沒有使用壓榨帶34(使用壓榨毛毯36)的所述紙張襯底30在標(biāo)稱20點(diǎn)上的厚度的各種變化。使用用于200定量纖維的壓榨毛趙36和壓榨帶34進(jìn)行試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)通過使用壓榨帶34可顯著地降低微球的量。事實(shí)上，如下表中所示也有利地影響了所述紙張襯底的挺度。壓榨類型帶毛毯BW(lb/令)224241可膨脹微球流量(GPM)8.99.0325機(jī)械速度(FPM)734676Taber4廷度MD平均值303261Taber挺度CD平均值182168盡管已參考優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以理解，可做出多種改變和進(jìn)行等價(jià)替換而不脫離本發(fā)明的范圍。此外，可根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)而做出多種改進(jìn)以適應(yīng)特定情況或材料，而不脫離其范圍。因此，本發(fā)明并不局限于公開的特定實(shí)施方式，而是本發(fā)明包括落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。權(quán)利要求1.紙張或紙板襯底，其包含纖維素纖維和分散在所述纖維素纖維中的基于所述襯底總重量為約0.001-約10重量％折干計(jì)算的合成聚合物微球，所述襯底具有至少一個(gè)適合印刷的表面，其中所述表面具有小于約5.0的Parker光滑度，小于約180Sheffield單位的Hagerty/Sheffield光滑度或它們的組合。2.權(quán)利要求1所述的紙張或紙板襯底，其中所述襯底的所述至少一個(gè)表面包括顏料涂層和涂層粘合劑，所述顏料涂層和涂層粘合劑提供具有小于約2.0的Parker光滑度和小于約120Sheffield單位的Hagerty/Sheffield光滑度的涂層表面。3.權(quán)利要求2所述的紙張或紙板襯底，其中所述顏料選自碳酸鈣、粘土、塑料顏料、二氧化鈦、煅燒粘土、緞光白、硅石、硅酸鋁、滑石、三水合鋁和聚曱基丙烯酸甲酯珠，且所述涂層粘合劑選自膠乳、PVAc、蛋白質(zhì)和山扁豆堿。4.權(quán)利要求1所述的紙張或紙板襯底，其中所述襯底具有約10-約28mil的厚度。5.權(quán)利要求1所述的紙張或紙板襯底，其中所述襯底具有約8.0-約12lb/3MSF/mil的表7見密度。6.權(quán)利要求1所述的紙張或紙板襯底，其中所述襯底具有增強(qiáng)的挺度性能。7.權(quán)利要求1所述的紙張或紙板襯底，其中所述襯底具有約100-350磅/3，000平方英尺的定量。8.權(quán)利要求1所述的紙張或紙板襯底，其中所述襯底由形成在長網(wǎng)上的纖維性襯底制成，制造所述襯底的方法包括在長網(wǎng)上沉積來自流漿箱的纖維素纖維的含水漿液與所述膨脹的合成聚合物微球的混合物，并從所述纖維素纖維中除去水來制備所述纖維性襯底，然后壓榨所述纖維性襯底以將其含水量減少到至少約60重量％的水。9.權(quán)利要求8所述的紙張或紙板襯底，其中所述纖維性村底通過壓榨帶進(jìn)行壓榨。10.權(quán)利要求8所述的紙張或紙板襯底，其中所述纖維性襯底通過壓榨毛毯進(jìn)行壓榨。11.權(quán)利要求8所述的紙張或紙板襯底，其中所述纖維性襯底通過壓榨帶和壓榨毛毯的組合進(jìn)行壓榨。12.權(quán)利要求8所述的紙張或紙板襯底，其中對所述纖維性襯底加壓并加熱以從所述纖維性襯底中蒸發(fā)出水分，從而將所述纖維性襯底的含水量降低至低于約40重量％的水。13.權(quán)利要求8所述的紙張或紙板襯底，其中傳送所述纖維性襯底使其通過造紙機(jī)的壓榨部，且至少一個(gè)所述壓榨部包含半透水的壓榨帶。14.權(quán)利要求13所述的紙張或紙板村底，其中在所述纖維性襯底中的所述合成微球在加熱時(shí)發(fā)生膨脹，該膨脹的合成微球迫使纖維素纖維分開，由此增大了所述纖維性襯底的松密度。15.紙板制品，其具有100-350磅/3，000平方英尺的定量，并包含至少一個(gè)適合印刷的涂層表面，其中所述至少一個(gè)涂層表面包含纖維素纖維和分散于所述纖維素纖維中的基于纖維素纖維總重量為約0.001-約10重量％折干計(jì)算的合成聚合物微球，其中所述涂層表面具有小于約2.0的Parker光滑度，不小于約20Sheffield單位的Hagerty/Sheffield光滑度或它們的組合。16.制備紙張或紙板襯底的方法，包括提供包含纖維素纖維和約0.001-約10重量％折干計(jì)算的膨脹微球或可膨脹微球的造紙配料；由所述造紙配料形成纖維性襯底；通過使所述纖維性襯底移動(dòng)通過至少一個(gè)壓榨帶或壓榨毛毯設(shè)備或它們的組合以形成壓榨的紙板襯底來提高紙板襯底的光滑度；通過使用壓榨帶或壓榨毛毯來提高所述壓榨的紙板襯底和造紙機(jī)的干燥設(shè)備之間的傳熱速度；和減少用在所述紙板襯底中的所述膨脹聚合物微球的量。全文摘要本發(fā)明涉及具有定量在100-350磅/3,000平方英尺范圍內(nèi)的紙板制品。所述紙板包含至少一個(gè)適合印刷的涂層表面。所述至少一個(gè)涂層表面包含纖維素纖維和分散于其中的基于纖維素纖維總重量為約0.05-約0.5重量％折干計(jì)算的膨脹合成聚合物微球。所述涂層表面具有小于約2.0的Parker光滑度和不小于約20Sheffield單位的Hagerty/Sheffield光滑度。文檔編號D21H21/54GK101438005SQ200780016264公開日2009年5月20日申請日期2007年5月7日優(yōu)先權(quán)日2006年5月5日發(fā)明者加里·韋恩·尼曼,戴維·V·里德,格雷戈里·萬塔,道格拉斯·韋恩·瓦德利申請人:國際紙業(yè)公司