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多层涂布纸或涂布纸板的制造方法

文档序号:3744804
专利名称:多层涂布纸或涂布纸板的制造方法
技术领域
本发明涉及涂布纸和涂布纸板的制造方法。此外,本发明涉及用于如下应用的多层涂布纸和涂布纸板的制造方法,在这些应用中,含颜料或不含颜料的功能涂层或添加剂构成一层或多层涂布层。
在制造印刷纸的时候,通常使用比如在高于1000m/min的高线速度下的刮刀式、棒式或反转辊式涂布方法,涂布具有比感光溶液或乳液高得多固体含量和粘度的含颜料涂料组合物。随后通常使用这些方法中的任何一种或者全部,在移动的纸张或纸板的表面上涂布含颜料的涂层。
然而,这些涂布方法中的每一种本身都具有其固有的一系列问题,这些问题使得被涂布表面的质量低劣。在使用刮刀式涂布法的情况下,颗粒在刮刀下堆积可能会导致涂层产生条纹,这就降低了涂布纸或涂布纸板的质量。另外,必须施加在刮刀上以达到所需涂布重量的高压,会在基材上产生很大的应力,可能会导致基材片的断裂,造成生产效率降低。再有,由于含颜料涂料是高磨耗性的,必须定期更换刮刀以保持涂层表面的平整性。还有,基材表面的不规则性会影响在纸张或纸板基材表面上涂层的分布。在整个纸张或纸板表面上涂层分布不均匀可能会导致表面外观产生斑纹或杂点,这可能引起印刷质量变差。
棒式(杆式)涂布法对将要涂布的含颜料涂料色料的固体含量和粘度具有限制。用棒式涂布法涂布的含颜料涂料,其固体含量和粘度一般要低于用刀式涂布法涂布的含颜料涂料色料。因此,对于棒式涂布法,不可能自由地改变能够涂布在纸张基材或纸板基材表面上的涂布量。当涂料的固体含量、粘度和涂布重量等参数不平衡时,可能会导致涂布纸或涂布纸板表面质量不希翼的降低。再有,由于含颜料涂料对棒造成的磨耗,要求定期更换棒,以保持涂料表面的平整性。
辊式涂布法是一种特别复杂的在纸张和纸板上涂布含颜料涂料的方法,其中与基材的表面特征、基材孔隙率、涂料的固体含量和涂料粘度有关的操作参数的范围很窄,对每个操作速度和每个要达到的所需涂料重量,都必须观察这些特性。这些变量之间的不平衡可以在纸张或纸板的表面上导致不平整的裂膜花纹,这可能造成印刷的结果变差,或者随着纸片离开涂布夹而逸出涂料的小液滴。如果这些液滴再次沉积在纸片表面上,会导致印刷的结果变差。再有,使用辊式涂布法时在一道涂布当中能够涂布在纸张或纸板表面上的最大涂布量一般小于在刮刀式或棒式涂布法中一道当中的最大涂布量。在高涂布速度时,这个涂布重量的限制特别明显。
此外,所有这些方法的共同之处在于,由于纸张具有不规则的表面,具有突起和凹陷的部分,而涂布在纸张的突起和凹陷部分的涂布液的量是不同的。因此,沿着涂布纸的表面的涂料厚度和吸油墨性能都会发生变化,导致印刷图像的不规则性。尽管有这些缺点,但由于可以达到很高的线速度而具有特别的经济性,这些涂布方法在造纸工业中仍然是占优势的方法。
日本专利申请JP-94-89437、JP-93-311931、JP-93-177816、JP-93-131718、JP-92-298683、JP-92-51933、JP-91-298229、JP-90-217327和JP-8-310110以及EP-A 517,223都公开了使用幕式淋涂法在移动的纸张表面上涂布一种或几种含颜料涂料的方法。更具体说,现有技术涉及到(i)使用幕式淋涂法在基纸基材上涂布单层含颜料涂层,得到纸张的单层含颜料涂层;(ii)使用幕式淋涂法在基纸基材上涂布单层含颜料底涂层,然后再使用刮刀式涂布法涂布单层含颜料表涂层。因此,通过先后涂布含颜料涂料得到了纸张的多层含颜料涂层;(iii)使用幕式淋涂法在预先用刮刀式涂布法或计量辊式涂布法涂布了含颜料预涂层的基纸基材上涂布单层含颜料表涂层。这样通过先后涂布含颜料涂料得到了纸张的多层含颜料涂层;(iv)使用幕式淋涂法在基纸基材上涂布两层单层特殊含颜料涂层,使得这两个单层是在相继的方法中涂布的。由此通过先后涂布含颜料涂料而得到纸张的多层含颜料涂层。
如在上面所讨论的现有技术中公开的,使用幕式淋涂法在移动的卷筒纸张表面上涂布单层含颜料涂层,据说与用传统手段相比提供了制造优质涂布纸表面的机会。然而,使用幕式淋涂技术相继涂布单层的含颜料涂料受到幕式淋涂法动力学的制约。特别是,在涂布速度低于当前传统涂布法所使用的速度时,由于在高涂布速度下帘幕变得不稳定,只能得到轻的涂布重量,会得到不良的涂布表面的结果。因此,传统的制造多层涂布纸和涂布纸板的方法还是应用刀式法、棒式法或辊式计量法。然而,无论用如上所述的任何一种涂布方法,在连续的涂布工位中,在纸张或纸板上先后涂布单层含颜料涂料,由于所需的涂布工位的数目、所需的辅助硬件的量,比如驱动装置、干燥器等和容纳机器所需的空间,致使此涂布上述仍然是投资密集型的方法。
在此作为功能产品叙述的,接受一种含有用来赋予功能特性,比如阻隔性、可印性、光学性能如颜色、亮度、遮光性、光泽等、隔离性能和粘接性能的添加剂的涂布纸和涂布纸板及其涂层,可以被认为是功能涂层。赋予这些性能的涂层组分也可以被看作是功能添加剂。功能产品包括诸如自粘纸、印花纸、壁纸、有机硅隔离纸、食品包装纸、防油脂纸、耐湿纸、饱和胶粘带背纸等。
用于同时涂布多层的幕式淋涂法是公知的,在USP-3,508,947和3,632,374中叙述了用于在卷纸和塑料卷片上涂布感光组合物。但是感光溶液或乳液的粘度低、固体含量也低,而且是用低的涂布速度涂布。
除了在照相中的应用以外,在制造压敏誊写纸的现有技术中,用幕式淋涂法进行多层涂层的涂布也是已知的。比如,USP-4,230,743在一个实施方案中公开了在移动的基材片上同时涂布含有微胶囊作为主成分的底涂层和含有彩色显影剂作为主成分的第二层的方法。但是据报道,得到的纸张与用先后涂布各层的方法制造的纸张具有同样的特性。再者,所述的含有显影剂的涂料组合物,在22℃下具有10~20cp的粘度。
JP-A-10-328,613公开了用幕式淋涂法在卷纸上同时涂布两个涂层制造喷墨打印纸的方法。按照此参考文献公开所涂料的组合物是具有大约8wt%的极低固体含量的水溶液。再有,加入了增稠剂以达到非牛顿行为的涂布溶液。JP-A-10-328613的实施例显示出,只有在线速度低于400m/min时才能达到可接受的涂层质量。此涂布方法低操作速度不适合于经济地制造打印纸,特别是商品打印纸。
现有技术告诉大家,在高速下进行连续涂布时关键的要求是,冲击移动卷纸的降落帘幕的动能要足够高,以使边界层的空气移开并使卷纸润湿,从而避免空气的夹带效应。升高帘幕的高度和/或增加涂料的密度都可以实现这一点。因此,用高速幕式淋涂法涂布低密度的涂料,比如含有合成聚合物颜料以改善其光泽的功能涂料,即光泽涂料,由于低密度材料的动能也低,同时由于增加帘幕高度受到难以保持稳定而均匀的帘幕,因而据说是很困难的。
虽然使用传统的涂布技术和/或如上所述的幕式淋涂法进行先后涂布的步骤能够实现某些改善,还是希翼在得到的涂布纸或涂布纸板的印刷质量和涂布方法的经济性方面有进一步的改进。
在本发明的一个实施方案中,本发明是一种方法,该方法包括形成一个多层复合自由流动的帘幕,该帘幕的固体含量至少为45wt%,以及使该帘幕与连续的基纸或基纸板的卷状基材相接触。
本发明还包括一种方法,该方法包括形成一个多层复合自由流动的帘幕,以及使该帘幕与连续的基纸或基纸板卷状基材相接触,该卷状基材的速度为至少1400m/min。
本发明进一步包括一种制造多层涂布纸和涂布纸板的方法,这些纸和纸板特别适合于印刷、包装和贴标签的目的,但不包括照相纸和压敏誊印纸,其中在自由落下的复合帘幕中形成至少两层选自含水乳液或含水悬浮液的液体层,而且用该复合涂布帘幕来涂布基纸或基纸板的连续卷材。
在另一个实施方案中,本发明包括一种涂布方法,该方法包括使移动的卷纸与具有至少45wt%固体含量的复合帘幕接触,其中该帘幕具有至少两个组分层,其中第一层的方向使得它与卷材直接接触,其涂布重量为大约0.1~大约60g/m2,基于第一层的总组成,它含有大约0.2~大约10wt%的聚乙烯醇,其中该第一层以外的至少一层含有颜料和粘合剂,而且其中表层任选地含有光泽添加剂。
在另外一个实施方案中,本发明包括具有按照本发明的加工方法或工艺中任何一种的方法得到的至少两层涂层的纸张或纸板。此外,本发明包括一种涂布印刷纸,其中的涂层至少有3层,总涂层重量最多为10g/m2。
正如在本文中所使用的,术语“纸张”也包括纸板,除非从使用该术语的上下文能够清楚地理解不包括这样的结构。术语“不包括照相纸和压敏誊印纸”应该理解为,在实施本发明时使用的各个帘幕层中都不含有银化合物,而且各层都不在单一的层或不同层中含有微胶囊发色剂和显色剂的组合。
按照本发明可以使用幕式淋涂装置同时涂布帘幕层,该装置滑动喷嘴的安装使得能够输送多个液体层,以形成连续的多层帘幕。另外,在实施本发明时可以使用具有几个相邻挤出嘴的挤出型供给头(supplying head),比如狭缝模(slot die)或喷嘴。
按照本发明的一个优选实施方案,形成自由落下帘幕的帘幕层中至少一个含有颜料。在制造用于印刷目的的纸张时,该涂布层中优选至少两层含有颜料。另外,可以有不含颜料的用于改善诸如光泽或平整性等表面性能的表层存在。为了制造商品印刷纸,对于大多数目的来说,具有两个含颜料层的涂层是足够的。
本发明人意外地发现,与用在现有技术中叙述的传统涂布方法,比如刮刀式、棒式、辊式或单层幕式淋涂法所制造的多层涂布纸或涂布纸板相比,具有至少两层同时涂布在表面上的含颜料涂层的多层涂布纸或涂布纸板具有优异的涂层表面印刷性能。
本发明的涂布帘幕包括至少两层,优选包括至少3层。这些帘幕层可包括涂布层、界面层和功能层。帘幕具有底层,即界面层、表层和任选的一层或多层内层。每一层都含有乳液、悬浮液或溶液。
帘幕优选包括至少一个涂布层。涂布层优选包括颜料和粘合剂,其配方可以和传统的纸张涂布配方相同或者不同。如同在纸张涂料的先有技术中已知的,涂布层的主要功能是覆盖基材纸张的表面。在工业上指定作为涂料色料的传统纸张涂料配方可用做涂布层。在本发明的方法中可以使用的颜料的例子包括黏土、高岭土、滑石粉、碳酸钙、二氧化钛、缎光白、合成聚合物颜料、氧化锌、硫酸钡、石膏粉、二氧化硅、三水合氧化铝、云母粉和硅藻土。特别优选高岭土、滑石粉、碳酸钙、二氧化钛、缎光白和包括中空聚合物颜料的合成聚合物颜料。
在实施本发明时使用的粘合剂包括比如苯乙烯-丁二烯胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯胶乳、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈胶乳、苯乙烯-马来酸酐胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐胶乳、多糖、蛋白质、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、纤维素和纤维素衍生物。优选的粘合剂的例子包括羧基化苯乙烯-丁二烯胶乳、羧基化苯乙烯-丙烯酸酯胶乳、羧基化苯乙烯-丁二烯-丙烯腈胶乳、羧基化苯乙烯-马来酸酐胶乳、羧基化多糖、蛋白质、聚乙烯醇和羧基化聚醋酸乙烯酯胶乳。多糖的例子包括琼脂、海藻酸钠和包括改性淀粉比如热改性淀粉、羧甲基化淀粉、羟乙基化淀粉和氧化淀粉的淀粉。适合用于本发明方法中的蛋白质的例子包括白蛋白、大豆蛋白和酪蛋白。
涂布层的适当涂布重量为3~30g/m2,优选为5~20g/m2。基于帘幕中涂布层的重量,涂布层的适当固体含量为至少50%,优选为60~75%。涂布层的粘度优选为不小于3,000cp,更优选为200~2,000cp。除非另有规定,在本文中的粘度指的是在25℃下以100rpm的芯轴转速测得的Brookfield粘度。
界面层是与待涂布的基材接触的一层。界面层的一个重要功能是促进基层纸的浸润。界面层可具有多种功能。比如它可提供浸润性能和改善的功能性能,比如胶粘性、施胶性、刚性或这些功能的组合。该层优选是一个比较薄的层。适当的界面层的涂布重量是0.1~4g/m2,优选为1~3g/m2。基于帘幕中界面层的重量,适当的界面层固体含量为0.1~65%。在一个实施方案中,界面层具有比较低的固体含量,优选为0.1~40%。在另一个实施方案中,界面层具有比较高的固体含量,优选是45~65%。实施界面层的一个方法是使用比较低固体含量的主涂布层。使用比较低固体含量主涂布层的优点是对最终的涂料性能有尽可能小的影响。适当的界面层的粘度是至少30cp,优选至少100cp,更优选是至少200cp,更加优选是230~2,000cp。
在本发明的一个优选实施方案中,界面层包括下面各种成分中的一种或几种分散液,比如胶乳,包括可碱溶涨胶乳、淀粉和聚(乙烯丙烯酸)共聚物的共混物等;或者是水溶性聚合物,比如聚乙烯醇、淀粉、碱溶性胶乳、聚环氧乙烷或聚丙烯酰胺。聚乙烯醇是界面层的优选组分。界面层可任选是含颜料的,对幕式淋涂法,这是优选的。
本发明的帘幕可包括一层或几层功能层。功能层的目的是赋予涂布纸所需的功能。可对功能层进行选择,以提供比如印刷性、比如水分阻隔性、油阻隔性、气体阻隔性和氧阻隔性的阻隔性、纸板的刚性、耐折叠开裂性、纸张施胶性、剥离性、胶粘性和光学性能,比如颜色、亮度、遮光性、光泽等。具有很粘特性的功能涂料一般不用传统的相继涂布法涂布,因为粘性的涂料材料具有把基材粘结到导辊或其他涂布设备上的倾向。另一方面,同时多层涂布法可以把此功能涂层放置在表层的底下,这就防护了功能涂料不与涂布机接触。
根据所需的功能不同,功能层的固体含量可在很宽的范围内变化。基于功能层的总重量,本发明的功能层的固体含量优选为至高75%,粘度至高3,000cp,优选50~2,000cp。功能层的涂布重量优选为0.1~10g/m2,更优选为0.5~3g/m2。在某些情况下,比如当使用染料层时,功能层的涂布重量可小于0.1g/m2。
本发明的功能层可含有比如乙烯-丙烯酸聚合物、聚乙烯、聚氨酯、环氧树脂、聚酯、其他聚烯烃、胶粘剂,比如苯乙烯-丁二烯胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯胶乳、羧基化胶乳、淀粉、蛋白质等聚合物、施胶剂,比如淀粉、苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、羧基化纤维素等、隔离剂,比如聚硅氧烷、蜡等。功能层可包括,但不限于包括如上所述用于涂布层的颜料或粘合剂。如果需要,在帘幕的一层或几层当中可使用一种或多种添加剂,比如分散剂、润滑剂、保水剂、交联剂、表面活性剂、光学增亮剂、颜料染料或含颜料剂、增稠剂、消泡剂、抗泡剂、杀虫剂或可溶性染料或含颜料剂等。
对于本发明的目的,距离基材最远的层称为表层。此层一般是将在上面印刷的层,虽然本发明的涂布纸也可能用传统的手段,比如杆式、刮刀式、辊式、棒式或空气刀涂布技术进一步涂布。表层可以是涂布层,也可以功能层,包括光泽层。在本发明的一个优选实施方案中,表层是很薄的,其涂布重量为比如0.5~3g/m2。这可以有利地在表层底下使用低价的材料,同时仍然得到具有良好印刷性能的纸张。在一个实施方案中,表层不含无机颜料。
按照一个特别优选的实施方案,表层含有增光配方。增光配方和同时多层幕式淋涂的组合把幕式淋涂法的优点和良好的光泽结合在一起。
在本发明中使用的增光配方包括增光添加剂,比如合成聚合物颜料,包括由比如苯乙烯、丙烯腈和/或丙烯酸单体聚合而得到的中空聚合物颜料。此合成聚合物颜料的玻璃化温度为40~200℃,更优选为50~130℃,颗粒度为0.02~10μm,更优选为0.05~2μm。基于固体的重量,增光配方含有5~100wt%的增光添加剂,更优选为60~100wt%。另一类增光配方含有增光清漆,比如基于环氧丙烯酸酯、聚酯、聚酯丙烯酸酯、聚氨酯、聚醚丙烯酸酯、松脂油、硝基纤维素、聚酰胺、乙烯基类共聚物和各种形式的聚丙烯酸酯的清漆。
按照本发明的一个优选实施方案,表层的粘度大于20cp。优选的粘度范围是90~2,000cp,更优选是200~1,000cp。
当帘幕具有至少3层时,那么它具有至少一个内层。只要能够保持一个稳定的帘幕,内层的粘度并不关键。优选至少一个内层的粘度为至少200cp,在具有至少4层的帘幕的情况下,至少2个内层优选具有至少200cp的粘度。内层优选是功能层或涂布层。当有多于一个内层存在时,可以使用功能层和涂布层的组合。比如,该内层可以包括相同或不同的功能层的组合、相同或不同涂布层的组合,或者涂布层和功能层的组合。
界面层、表层和任选的内层都包括本发明的复合自由降落帘幕。基于该帘幕的总重量,该复合帘幕的固体含量在20~75wt%之间。按照一个优选的实施方案,基于涂布层的总重量,形成复合自由降落帘幕的层当中至少一层的固体含量高于60wt%。在本发明的一个实施方案中,复合帘幕的固体含量为至少45wt%,更优选为至少55wt%,甚至更优选为至少60wt%。虽然在复合帘幕中可使用很薄的层,但帘幕的总固体含量和涂布重量优选如在本节中所规定。与照相纸或压敏誊写纸的现有技术相反,即使在高的涂布速度下,本发明的方法也可以用具有很宽粘度范围和很高固体含量的帘幕层来实施。
本发明的方法有利地使改变多层复合结构中各层的组成和相对厚度成为可能。根据要生产的纸张的级别不同,此多层的组成可以是相同的,也可以是不同的。比如,在一个多层帘幕中,靠近基纸用于粘接的薄层可以与用来提供片材本体的厚的内层和用来优化印刷性能的很薄的表层相结合,提供一种复合的结构。在另一个实施方案中,可使用专门用来增强覆盖性能的内层。在多层复合结构中可变涂布重量的各层的其他实施方案包括作为复合涂层的表层、内层或底层中至少一种的小于2g/m2的薄层。使用本发明的方法,可以在基纸的一面或者双面上涂布涂层。
本发明的方法扩展了纸张涂布技术的极限,赋予涂布纸的生产者空前的灵活性。比如能够制造出具有个别帘幕层涂布重量的涂布纸,此涂布重量远远低于或者高于通过传统方法所得到的涂布重量。使用本发明的方法,能够制造出具有各种很薄层的帘幕,这将导致得到具有许多很薄涂层的纸张。本发明方法的再一个优点是每一层都能够专门配方用于专门的目的。
本发明的特别的优点是,通过用幕式淋涂法同时涂布至少两个涂布层,即使在很高的涂布速度下,也能够得到很薄的层,换句话说得到各层涂布重量很低的层。比如,在复合帘幕中每层的涂布重量可以为0.1~10g/m2,更优选为0.5~3g/m2。每一层的涂布重量可以和其他层相同,或者与其他层有很大不同,这样就能够实现许多种组合。
本发明的方法能够生产具有很宽涂布重量范围的纸张。在得到的纸张上涂层的涂布重量优选为3~60g/m2。在本发明的一个实施方案中,涂层的总涂布重量小于20g/m2,优选小于15g/m2,更优选小于12g/m2。
在本发明的一个实施方案中,表层的涂布重量低于与基纸或基纸板接触的层的涂布重量。表层的涂布重量优选小于与基纸或基纸板接触层涂布重量的75%,更优选小于50%。因此,在纸张和纸板的涂布操作中实现更大的涂布原料效率。在另一个实施方案中,表层的涂布重量高于其下各层的涂布重量。与传统的涂布方法不同,本发明的同时多层涂布法允许在较昂贵的原料组成的极薄表层的下面使用很大量的比较低价的原料,而不会损害最终涂布产品的质量。另外,本发明的方法能够制造出过去从未制造过的纸张。比如在帘幕中可包括粘性的功能内层。
本发明的另一个优点在轻重量涂布(LWC)纸的领域中。传统的LWC涂布法能够涂布不小于大约5g/m2的单涂布层。本发明的方法能够在纸张上同时涂布多个层,同时还保持LWC纸的低涂布重量。这就赋予纸张制造商前所未有的可能产品范围,包括比如能够制造具有功能涂层的LWC纸张。
哪个实施方案都没有涉及到的本发明的一个明显的优点是,本发明的方法可以以很高的涂布速度进行,迄今为止在制造印刷纸时,只是使用刮刀式、棒式或辊式涂布法才能达到这样的高速度。在本发明的方法中通常使用的线速度高于400m/min,优选高于600m/min,比如600~3,200m/min,更优选至少800m/min,比如800~2,500m/min。在本发明的一个实施方案中,线速度,即基材的移动速度为至少1,400m/min,优选至少1,500m/min。
通过使用其中与低密度层一起使用高密度层的同时多层涂布法,在高涂布速度下用幕式淋涂法能够涂布低密度的涂料。此外,本发明的同时多层幕式淋涂法允许使用专门用于促进浸润基材或促进使高固体含量涂料平整化的涂布层,以进一步提高高速操作的纸张和纸板涂布窗口。
本发明的再一个优点是,提供了一个多层涂布纸的制造方法,该方法不需要象现在的传统多层涂布法,如刮刀式法、棒式法和辊式法所需的同样高的投资、同样多的辅助硬件或同样大的空间。


图1是幕式帘涂装置1的说明性断面图,该装置具有滑动喷嘴装置2,用于输送帘幕层的多股物流3,形成连续的多层帘幕4。当达到动态平衡状态时,流入滑动喷嘴装置2中的帘幕层的流量与流出滑动喷嘴装置的流量达到完全平衡。自由落下的多层帘幕4与连续行进的卷材5相接触,在该卷材上涂布上各个帘幕层的多个层。借助于辊子6在涂布区前马上改变卷材5的运动方向,以尽可能减少伴随快速运动卷材的空气流的影响。
图2是同时涂布多层的涂布纸试样的断面电子显微镜照片,在涂层中可见到空气泡。这些气泡的形状是圆形的,气泡的位置被限制在与基纸相接触的底层。这是当薄的空气膜被夹带在基材和侵入的涂层之间所产生的空气夹带的一个例子。此空气膜是不稳定的,断裂成为小气泡。当气泡的尺寸和数量过大时,就出现了可以看见的缺陷。随着涂布速度增大,空气夹带就是主要的问题,因为它最终会导致在基纸上出现未涂布的斑点。
图3是同时涂布的多层涂布纸试样断面的电子显微镜照片,它显示出由空气夹带所引起的涂层缺陷。在下文中把这类涂层缺陷称为“气穴”。当产生入在图2中所示尺寸的气穴时,此气穴足够大,致使在涂层上产生未涂布的斑点。在纸张表面上的气穴的形状是圆形的,而不是拉长的。这个特征可以区别由于空气夹带所产生的气穴缺陷和在涂层中的由于涂布前脱气没有除去的空气气泡所产生的缺陷。
图4是幕式帘涂纸试样表面的电子显微镜照片,它显示出在下文被称为“气泡凹痕”的涂层缺陷。气泡凹痕以在纸张上形状不规则的未涂布区域的形式出现,其宽度大约为0.1mm或更宽。气泡凹痕在尺寸上大于点蚀,与圆形的点蚀不同,其形状是不规则的。气泡凹痕倾向于出现在突出的纤维前面,其方向一般垂直于涂布过程中纸张移动的方向。在比较时,点蚀(pitting)是沿着基材的方向上随机出现的。另外,在同时多层幕式帘涂的情况下,各层中任何一层都可能是气泡凹痕的来源,而点蚀源只存在于和基纸相邻的层中。此观察指出,气泡凹痕是和点蚀不同的现象。所观察到的形成气泡凹痕的程度在临界涂布速度以上呈指数增加。此临界速度随着特定的涂料和基纸不同而变化。气泡凹痕的数量太多会使得涂层质量不能接受。在气泡凹痕严重的情况下,未涂布区域可超过总表面积的40%。虽然气泡凹痕缺陷可表现为涂层的灾难性的空气夹带缺损,但气泡凹痕的形成机理与文献中报道的经典空气夹带在表现上是不同的。与文献中的机理不同,气泡凹痕是由于在涂层的最上方或在各涂层之间的界面上发生的“微断裂”产生的。根据涂布条件不同,这些微断裂可以以在干燥涂层中的微裂纹保留下来,或者可能成长而形成更大的断裂,导致具有比较大未涂布区的气泡凹痕。
图5是一个气泡凹痕断面的电子显微镜照片。气泡凹痕的形状和尺寸都与点蚀(如在图3中所示)不同。在图5中还说明了在气泡凹痕的前缘突出的表面纤维。大多数气泡凹痕存在于靠近突出表面纤维处,而基纸的光滑度对气泡凹痕的程度有很大的影响。意外地是,气泡凹痕的未涂布区出现在突起纤维的前面,而不是在其后面。
图6是在涂层中的微裂纹断面的电子显微镜照片。与气泡凹痕相似,这种缺陷一般位于靠近突起纤维处,其方向一般也是垂直于在涂布过程中纸张移动的方向。据认为,微裂纹的形成机理和气泡凹痕是相同的。
图7显示出在4种LWC基纸上同时多层涂布纸的光学电子显微镜照片。图7A~7D分别表示涂布的基纸1~4。表11中给出了这些非常不同的基纸的粗糙度。基纸1~4是在相同的涂布条件下以1500m/min的速度涂布,在实施例30中给出这些条件的细节。图7显示出显示出良好的覆盖和近于没有气泡凹痕的涂层,它们可在十分不同的基纸上制造出来,表现出同时多层幕式淋涂法的优越性。
图8是同时多层涂布纸的断面电子显微镜照片,它显示出涂布在较厚底层上的薄而均匀的表层。此图说明了在传统的纸张涂布速度和固体含量下,同时多层幕式淋涂法在粗糙的基材上涂布很均匀的薄层的能力同时多层幕式淋涂法的这个能力是当前任何其他涂布法所无法匹敌的。在图7中的表层甚至仅为大约1g/m2,或者仅为总涂层的10%,这样薄的层戏剧性地改变了涂层的光泽和印刷特性。此外,这样薄的涂层可位于涂层的任何位置,可赋予涂布纸特殊的功能性,比如遮光性、阻隔性、柔韧性、刚性等,使各种涂布纸性能实现空前的组合。
下面将参照实施例更详细地说明本发明。
实施例如无另外说明,所有的百分比和份都是基于重量的。
测试方法Brookfield粘度使用Brookfield RTV粘度计(Brookfield工程实验室企业,Stoughton,Massachusetts,USA)。为了测定粘度,把600mL试样倒入1000mL的烧杯中,在25℃下,在20和100rpm转轴转速下测量粘度。
气泡凹痕程度通过目视观察烘烤的试样来测定气泡凹痕的程度。使用含有10%的NH4OH的水/异丙醇(50/50)溶液。将只在单侧涂布的纸在此溶液中浸泡30sec,把双面涂布的纸在此溶液中放置60sec。在用吸墨纸除去过量的溶液后,将试样用空气干燥过夜。在225℃的烤箱中将其烘烤3分30秒。在烘烤过的试样的3×3cm范围内借助于放大镜(放大10倍)手工数出气泡凹痕的数目。具有完善圆形的很小未涂布区都不算是气泡凹痕,假设它们是由空气夹带在涂层中存在的微气泡给出的点蚀。也不考虑其长轴顺着机器方向(纸张移动方向)的椭圆形未涂布区,这是由于脱气没有除掉的在涂层配方中存在的较大气泡产生的。气泡凹痕密度只是给出单位表面的气泡凹痕数,在这个数目中不考虑气泡凹痕的大小。每平方厘米气泡凹痕密度超过10的纸张是不为印刷的目的所接受的。对于不用计数测量气泡凹痕密度的情况,使用气泡凹痕的相对尺寸,分成极低、低、中、高和很高。对于印刷的目的,中或更高的气泡凹痕都是不可接受的。
纸张光泽使用仪器Zehntner ZLR-1050在75°的入射角测量纸张光泽。
油墨光泽用No.8588的Lorrilleus红色油墨在Pruefbau测试印刷装置上进行此测试。在装于具有钢制印刷盘的长橡胶背衬板上的涂布纸测试条上涂布0.8g/m2(或分别涂布1.6g/m2)油墨。涂布油墨的压力是1000N,速度是1m/秒。在20℃和最低55%的房间湿度下干燥印刷的条。然后在75°的入射角下用Zehntner ZLR-1050仪器测量光泽。
抗粘缸掉毛性(IGT)此测试是测量纸张表面接受油墨的转移而不会发生掉毛的能力。此测试在IGT Reprotest BV企业销售的A2型印刷性测试器上进行。在36N的印刷压力下,用具有摆驱动系统的带油墨的铝盘和来自ReprotestBV企业的高粘度测试油(红色)印刷涂布纸条。在完成印刷以后,在立体显微镜下标出开始显示出脱墨的涂层的距离。然后将标注的距离转变为IGT速度曲线,从相应的驱动曲线上读出以cm/秒为单位的速度。高速度表示高的抗粘缸掉毛性。
湿润粘附性能在装有润湿室的Pruefbau测试印刷装置上进行此测试。在分配器上将500mm3印刷油墨(根据纸张的总耐湿润粘附性能不同用Hueberl、2、3、4油墨)分配2分钟,在每次印刷后用60mm3油墨重新上墨。通过在分配器上放置15秒给硫化橡胶印刷盘上带上油墨。然后在润湿室中放入10mm3蒸馏水并将其分配在橡胶辊上。把涂布纸条安装在橡胶背衬板上,用600N的印刷压力和1m/秒的印刷速度进行印刷。当测试条通过润湿室时,测试条的水浸润了涂布纸的中心条。在从润湿室出来以后马上在同一个测试条上印刷。在固定在橡胶背衬板上的第二个涂布纸测试条上进行印刷盘的复印,印刷压力是400N。测量两个测试条上的油墨密度,用于下面的公式中油墨转移,定义为X=(B/A)*100%油墨拒绝,定义为Y=((100×D-X*C)/100*A)*100%,以及湿润粘附性能,定义为Z=100-X-Y%,其中A是在第一涂布测试条的未浸润侧条上的油墨密度;B是在第一涂布测试条的浸润中心条上的油墨密度;C是用于在第二条上进行翻印的侧条上的油墨密度,以及D是用于在第二条上进行翻印的中心条上的油墨密度。
油墨堆积在Pruefbau印刷性测试器上进行油墨堆积的测试。用商品名为Huber Wegschlagfarbe No.520068的商品油墨印刷纸条。把起始量为500mm3的油墨涂到油墨分配辊上。给钢制印刷盘上墨,使油墨体积达到60mm3。把涂布纸条安装在橡胶背衬板上,以1.5m/秒的速度和800N的压力用上了油墨的钢盘进行印刷。在10秒的延迟时间以后,再次用还是含有60mm3油墨的硫化橡胶印刷盘印刷此纸条,印刷压力是800N。重复此操作,直至涂布纸条的表面断裂。使涂布纸表面断裂所需的印刷次数就是纸张表面强度的度量。
滋墨(ink mottling)进行此测试用来评价印刷不规则性的程度。在Pruefbau测试印刷装置上,用商品名为Huber Wegschlagfarbe No.520068的测试油墨进行纸条的印刷。首先,用钢辊涂布250mm3的油墨。然后使用硫化橡胶辊接着通过三次,在这三次通过中的每一次都再涂布30mm3油墨。为了评价滋墨,使用来自Only Solution企业的AppMottling Viewer对纸条进行数字分析。首先,扫描此纸条,并把扫描转变为灰度度标。然后在7个不同解析度测量灰度度标强度中的偏差,这些解析度的宽度分别是0.17mm、0.34mm、0.67mm、1.34mm、2.54mm、5.1mm和10.2mm。由这些测量计算出滋墨值(MV)。结果显示出印刷不规则的程度。数值越高表示不规则性越高。
纸张粗糙度用Parker PrintSurf粗糙度测试仪测定涂布纸表面的粗糙度。把一片涂布纸试样夹在软木-聚酯膜板和测量头之间,夹持压力1,000kPa。给仪器供给400kPa的压缩空气,测量在测量头和涂布纸表面之间的空气泄漏。数值越高表明涂布纸表面的粗糙度越高。
纸张刚件使用Kodak刚性法,TAPPI 535-PM-79测量纸张的刚性。
Cobb值此测试测量纸张的吸水性,按照由纸浆和纸张工业技术协会制定的测试程序(T-441)进行测试。把一张12.5×12.5cm预先经过调理和称重的纸张测量试样夹在橡胶垫和圆形金属环之间。此金属环设计得使得能够围出100cm2的纸试样表面。把体积100mL的去离子水倒入环中,让纸的表面吸取预定时间的水。在预定的时间末尾,倒出过量的水,取下纸试样,把试样吸干再次进行称重。计算出吸取水的量,表示为每平方米纸张吸取水的克数。数值越高表示吸水性越强。
Emco测试在Emco-DPM 27设备(购自EMCO电子测量和控制技术企业,Mommsenstrasse 2,Leipzig,Germany)上进行测试。将一个纸试样(5cm×7cm)固定在试样夹上的双面胶粘带上。试样夹被固定在浸没器中。释放开连接的浸没器和试样夹装置,以能够将其插入到保持在23℃装满蒸馏水的测量池中。在浸没的同时开始进行超声波透射测量并持续一段时间。用下面的超声波通过浸没到水中纸试样的穿透率作为时间的函数来表征被纸吸取的水。在浸没以后不到1秒的时间就达到了最大的透射率,这相当于纸的表面完全浸湿。按照定义取此最大值为100%的透射率。水浸入纸中导致超声波穿过试样的透射率降低(Rayleigh衍射)。取达到超声波最大穿透率60%时所需的时间作为试样吸水的特征。时间越短,吸水越快。
涂布重量由已知的向帘幕涂布头供给涂料的泵的体积流量、在帘幕涂布头下连续卷纸的移动速度、帘幕的密度和百分固体含量以及帘幕的宽度计算出每个纸张涂布实验中所达到的涂布重量。
涂布密度在比重计中称量100mL涂料试样来测定帘幕层的密度。
配方在涂布液中使用如下的材料—碳酸盐(A)60%的颗粒度<2μm的碳酸钙在水中的分散液(Hydrocarb60 ME,购自Pluess-Stauffer企业,Oftringen,Switzerland),固体含量77%;—碳酸盐(B)90%的颗粒度<2μm的碳酸钙在水中的分散液(Hydrocarb90 ME,购自Pluess-Stauffer企业),固体含量77%;—粘土(A)80%的颗粒度小于2μm的No.2高亮度高岭土在水中的分散液(SPS,购自Imerys企业,At.Austell,England),固体含量66.5%;—粘土(B)98%的颗粒度小于2μm的No.1高亮度高岭土在水中的分散液(Hydragloss90,购自J.M.Huber企业,Have de Grace,Maryland,USA),固体含量71%;—TiO2用油吸取方法测量的比表面为21g油/100g颜料的锐钛矿型二氧化钛分散液(TionaAT-1,购自Milenium Inorganic ChemicalsS.A.,Thann,France),固体含量72%;—滑石粉颗粒度分布如下的滑石粉分散液96%<10μm;82%<5μm;46%<2μm(FinnatalcC10购自Mondo Minerals Oy,Helsinki,Finland),固体含量65%;—合成聚合物颜料(A)体积平均颗粒度0.26μm的聚苯乙烯分散液(DPP 711,购自Dow Chemical企业,Midland,Michigan,USA),固体含量52%;—合成聚合物颜料(B)公称平均直径1μm,空隙率55vol%的基于苯乙烯/丙烯酸酯共聚物的中空颗粒阴离子水分散液(RhopaqueHP 1055购自Rhom and Haas Deutschland GmbH,Frankfurt/Main,Deutschland),固体含量50%;
—胶乳(A)羧基化苯乙烯-丁二烯胶乳(DL950,购自DowChemical企业,Midland,Michigan,USA)水中固体含量50%;—胶乳(B)羧基化苯乙烯-丁二烯胶乳(DL980,购自DowChemical企业,Midland,Michigan,USA)水中固体含量50%;—胶乳(C)苯乙烯-丙烯酸酯胶乳(XZ94329.04购自Dow Chemical企业,Midland,Michigan,USA)水中固体含量48%;—胶乳(D)羧基化苯乙烯-丁二烯胶乳(DL966,购自DowChemical企业,Midland,Michigan,USA)水中固体含量50%;—PU分散液聚氨酯聚合物的水分散液(SyntegraYA500,购自Dow Chemical企业,Midland,Michigan,USA)水中固体含量56%;—PE分散液乙烯-丙烯酸共聚物在水中的阴离子分散液,最低成膜温度26℃,玻璃化温度Tg=4℃(TecsealE-799/35,购自Trueb Chemie企业,Ramsen,Switzerland),固体含量35%;—PVOH15%的低分子量合成聚乙烯醇(MoWiol6/98,购自Clariant AG,Basel Switzerland);—表面活性剂二烷基磺基琥珀酸钠水溶液(AerosolOT,购自Cyanarmid企业,Wayne,New Jersey,USA),固体含量75%;—淀粉热水解改性玉米淀粉,在40℃下25%溶液的Brookfiel粘度(100rpm)为185mPa s(C-Film 07311,购自Cerestar,Krefeld,Germany);—蛋白质改性、低分子量、阴离子大豆蛋白聚合物,等电位pH值4.3~4.5(Procote5000,购自Dupont Soy Polymer企业,St Geyrac,France);—增白剂(A)来自二氨基芪二磺酸的荧光增白剂(光学光亮剂)(BlankophorP购自Bayer AG,Leverkusen,Germany);—增白剂(B)来自二氨基芪二磺酸的荧光增白剂(TinepolSPP购自Ciba Specialty Chemicals企业,Basel,Switzerland);—DSP苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的阴离子水溶液(Dow SizingPolymer DSP7,购自Dow Chemical企业,Midland,Michigan,USA),固体含量15%。
加入NaOH溶液(10%),将含颜料涂料配方的pH值调节到8.5。根据需要加入水,调节配方的固体含量。
以分别在表1、2和3中给出的量混合如上所述各个成分,得到底层组合物(配方1~17)、表层组合物(配方18~41)和内层组合物(配方42~49)。除非另有说明,全部百分比和份数都是基于重量的。
表1底层配方
NM=未测量 NM=未测量表1续底层配方
NM=未测量表2表层配方
表2(续)表层配方
表3内层配方
NM=未测量按照如下的操作步骤把这些配方涂布在纸张上。使用TrollerSchweizer Engineering企业(TSE,Murgenthal,Switzerland)制造的多层滑动模型涂布机。该幕式淋涂设备装有用滴流水润滑的刮刀式导向器,在刚好在涂布纸边缘上方的导向器的底部装有真空吸引装置用来除去此润滑水。另外,此帘幕涂布机装有真空吸引装置,从帘幕冲击区上游的纸基材上抽掉界面的空气。除非另外注明,帘幕的高度是300mm。在使用前将涂料配方脱气以除掉空气气泡。
实施例1和比较实验A和B为了对同时多层幕式淋涂法和单层幕式淋涂法进行比较,在3次实验中,以900m/分的速度涂布不含木浆的基纸(87g/m2,PPS粗糙度=5.6μm),其中在三次当中的每一次都涂布同样的总涂布重量,即进行先后单层涂布、同时多层涂布和一个单层涂布。
比较实验A作为单层帘幕将底层配方1涂布在连续移动的卷纸表层一侧,达到的涂布重量为10±0.2g/m2。基纸的移动速度是900m/分。在干燥以后,用表层配方18作为单层帘幕对涂布了底涂层的纸张进行表层涂布并且干燥达到表层涂布重量10±0.2g/m2。
实施例1通过同时多层幕式淋涂法在基纸的表面一侧涂布与在比较实验A中相同的底层和表层配方,使得每一层的涂布重量都为10±0.2g/m2。使用如在比较实验A中的条件进行干燥。
比较实验B在基纸的表面一侧以单层幕式淋涂法涂布表层配方18,达到涂布重量20±0.2g/m2。使用与在比较实验A中相似的干燥条件进行干燥。
所有的涂布纸在同样的条件下进行压光,然后测试印刷性能。表4中给出一系列测量得到的结果。
表4
表4中的结果表明,与接受先后单层幕式淋涂的底涂层和表涂层相比,同时多层涂布纸具有更优异的纸张光泽、油墨光泽、粗糙度、耐粘缸掉毛性能、油墨堆积性能和滋墨性能。再有,与接受单层幕式淋涂的比较更昂贵的20g/m2表涂层的纸张相比,同时多层涂布纸在油墨光泽、粗糙度和耐粘缸掉毛(dry pick resistance)性能上是优异的。对于涂布纸板预期会有同样的优点。
实施例2和实施例3为了确定用同时多层涂布法能否制造轻重量涂布(LWC)纸,在两次实验中涂布含木浆基纸(46g/m2,PPS粗糙度=7.9μm),使得涂布的总涂布重量与用传统的单层刮刀式或单层幕式淋涂中涂布的涂层相似。涂布速度是800m/分。通过改变底涂层涂布重量与表涂层涂布重量的比,但总涂布重量仍然保持不变来检验增加比较便宜的底涂层涂布重量和减少比较昂贵的表涂层涂布重量对涂布纸性能的影响。
实施例2在连续的基纸纸卷上同时涂布底层配方2和表层配方19,使得每一层的涂布重量都是6.5±0.1g/m2。使用与在实施例1中相似的干燥条件将涂布纸干燥。
实施例3在基纸上同时涂布底层配方2和表层配方19,使得底涂层的涂布重量为9.8g/m2,表涂层的涂布重量为3.3g/m2。如在实施例2中将涂布纸干燥。
在同样的条件下将来自实施例2和实施例3的涂布纸压光,然后测试印刷性能。在表5中给出了一系列实验的结果。
表5
在表5中的结果有利地与其他方法制造的纸张性能进行了比较,明显适合于印刷的目的。再有,实施例3显示出,仅涂布一半在实施例2中涂布的比较昂贵的表层配方就得到了可接受的涂布纸的性能。此结果进一步显示出,同时多层涂布能够明显地改变底涂层和表涂层的比例,而不会影响卷纸涂布的速度。正如在实施例3中所显示的,在800m/min的速度下涂布3.3g/m2的涂布重量是通过单层幕式淋涂所不能达到的。
实施例4和实施例5
这是重复实施例2和实施例3,但使用无木浆基纸(87g/m2,PPS粗糙度=5.6μm)、涂布速度是400m/分以及更高的目标总涂布重量,比如一般涂布到用传统涂布法制造的双涂布无木浆纸张和涂布纸板上。此实验的目的是确定当把很低涂布重量的比较昂贵的表涂层涂布到具有很高涂布重量的比较便宜的底涂层上时,同时多层涂布无木浆纸能否得到可为印刷目的所接受的纸张性能。
实施例4在基纸上同时涂布底层配方2和表层配方19,使得底涂层的涂布重量为18.6g/m2,表涂层的涂布重量为6.8g/m2。
实施例5重复实施例4,只是底涂层的涂布重量为21.7g/m2,表涂层的涂布重量为3.5g/m2。
在相似的条件下将来自实施例4和实施例5的涂布纸干燥和压光,然后测试其印刷性能。表6中给出了由此一系列实验得到的结果。
表6
在表6中的结果有利地与用其他方法得到的纸张质量进行了比较,此涂布纸明显适合于印刷的目的,因此确认了实施例2和实施例3的发现,即同时涂布幕式淋涂法能够在很重的比较便宜的底涂层上涂布很轻的比较昂贵的表涂层。也可以认为,可以把底涂层分隔在几个子层之间,这时可在涂布头上增加几个狭缝。这种方法使得能够增加设计的灵活性并涂布具有很特殊性能的帘幕层。对于涂布纸板可预期有同样的优点。
实施例6和实施例7,以及比较实验C为了确定单层涂布是否可用于涂布用传统涂布方法不能涂布的不含颜料的功能涂层进行了实验,在此实验中,在无木浆基纸(87g/m2,PPS粗糙度=5.6μm)上同时涂布具有水阻隔性能的粘性的底涂层。涂布速度是800m/分。
实施例6在无木浆基纸上同时涂布底层配方3和表层配方20,使得底涂层的涂布重量为4.0g/m2,表涂层的涂布重量为10.1g/m2。
实施例7重复实施例6,只是底涂层的涂布重量为3.9g/m2,表涂层的涂布重量为7.5g/m2。
比较实验C在无木浆基纸上涂布配方20周围单帘幕涂层,使得该涂层的涂布重量为10.1g/m2。
在类似的条件下将由实施例6和实施例7以及比较实验C中得到的涂布纸进行干燥和压光,然后测试其印刷性能。在表7中给出了由此一系列实验中得到的结果。
表7
在表7中的结果显示出同时多层涂布法对在纸张上涂布不含颜料的功能涂层,比如阻隔涂层的适应性,否则这样的涂层是不能用传统的纸张涂布方法涂布的,也不能用单层幕式淋涂法进行涂布。此结果清晰地显示出,涂布粘性底涂层明显地改善了比如通过IGT粘缸掉毛性能和油墨堆积所测量的涂布纸的总强度,还明显地降低了如Cobb测试所测量的涂布纸的吸水性。
实施例8和实施例9进行一个用很轻的高光泽表涂层配方在底涂层上涂布表涂层的实验。在所用的速度下表涂层的涂布重量明显地低于用传统的刮刀式和单层幕式淋涂法所达到的涂布重量。涂布速度是800m/分。基材是含木浆基纸(66g/m2,PPS粗糙度=6.3μm)。
实施例8在基纸上同时涂布底层配方4表层配方21,使得底涂层的涂布重量为10.0g/m2,表涂层的涂布重量为1.4g/m2。
实施例9重复实施例8,只是表涂层的涂布重量是0.7g/m2。
在类似的条件下将由实施例8和实施例9得到的涂布纸干燥和压光,然后测试印刷性能。在表8中给出了由此一系列实验得到的结果。
表8
由此实验得到的结果显示出,用同时多层涂布法涂布超低涂布重量的高光泽表涂层可以制造具有优异的纸张光泽和油墨光泽的涂布纸。具体地,涂布重量小于1g/m2的表涂层,以得到所需的涂布纸性能。传统的涂布法和单层幕式淋涂法都不能在这样高的速度下涂布这样低的涂布重量。对于涂布纸板可预期同样的优点。
实施例10、11、12和比较实验D实施例1~9是以低于1,000m/分的速度涂布的。随着涂布速度增加到超过1000m/分,气泡凹痕的程度急剧增大。严重气泡凹痕的出现为纸张和纸板的幕式淋涂设置了速度的极限。此系列实施例将单层淋涂和具有薄界面层作为帘幕底层的同时双层幕式淋涂进行了比较。多层帘幕的表层组合物和单层幕式淋涂具有同样的组成。界面层组合物是表层配方的低固体含量的一种配方形式。界面层的涂布重量为0.5~2g/m2。此涂层涂布在无木浆基纸(87g/m2,PPS粗糙度=5.6μm)上。涂布速度是900、1,200和1,500m/分。
比较实验D涂布配方22作为单层幕式淋涂层,使得该涂层的涂布重量为16.0g/m2。
实施例10使用与比较实验D相同的条件涂布同时多层帘幕涂层,使其具有0.5g/m2的配方5的底涂层和15.6g/m2配方22的表涂层,得到的涂布重量为16.1g/m2。
实施例11使用与比较实验D相同的条件涂布同时多层帘幕涂层,使其具有1.0g/m2的配方5的底涂层和14.9g/m2配方22的表涂层,得到的涂布重量为15.9g/m2。
实施例12使用与比较实验D相同的条件涂布同时多层帘幕涂层,使其具有2.0g/m2的配方5的底涂层和14.1g/m2配方22的表涂层,得到的涂布重量为16.1g/m2。
在表9中显示出此系列实验中对于不同速度和界面层涂布重量的组合的气泡凹痕结果。
表9
使用界面层明显地减少了气泡凹痕,对于制造可接受质量的纸张,增大了速度。最低量的界面层是需要的,在此使用的条件下0.5g/m2是不够的,但界面层的涂布重量为2g/m2时给出了良好的结果。在高涂布速度下气泡凹痕程度的降低显示出具有界面层同时多层幕式淋涂比单层幕式淋涂更具有的优点。
实施例13、14、15、16和17实施例10、11和12使用了低固体含量的主涂层作为界面层。实施例13~17研究了使用具有与主涂层不同组成的界面层的优点,在此界面层的浸润性和流变性都能够独立地进行调节。此外,在表涂层中使用了更为昂贵的组分和特殊的颜料,以增强印刷性能,但无须在所有的层中都使用。因为界面层的作用是在干燥的涂层中作为底涂层,其组成优选尽可能简单和经济。因此选择碳酸钙颜料作为实施例13、14、15、16和17的唯一颜料。对于所有这些实施例,都使用配方23作为表涂层,其涂布重量为8g/m2。对于这一系列实施例,只改变界面层的组成。界面层的涂布重量是2g/m2。此同时多层幕式淋涂层以1,200和1,500m/分的涂布速度涂布到42g/m2的含木浆基纸(PPS=7.8μm)上。
实施例13使用含有1份PVOH的配方6作为底界面层,在1,200m/分得到的气泡凹痕密度为2气泡凹痕/cm2,在1,500m/分得到的气泡凹痕密度为13气泡凹痕/cm2。
实施例14使用含有2份PVOH的配方7作为底界面层,在1,200m/分给出的气泡凹痕密度是1气泡凹痕/cm2,在1,500m/分时给出的气泡凹痕密度是9气泡凹痕/cm2。界面层中PVOH的含量由实施例13中的1份增加到本实施例中的2份导致气泡凹痕密度有适度的改善。
实施例15使用含有2份PVOH的配方8作为界面层,这是配方7的低固体含量配方形式。界面层的涂布重量为1.33g/m2。界面层的减少在降低气泡凹痕方面的表现意外地好。在1,200m/分时的气泡凹痕密度是1.5气泡凹痕/cm2,在1,500m/分时的气泡凹痕密度是3气泡凹痕/cm2。
实施例16在纸涂层配方中PVOH是比较昂贵的成分。在此实施例中用淀粉代替PVOH,淀粉一般用做低价的粘合剂和增稠剂。在涂层配方中胶乳的含量也有所降低。使用配方9作为底界面层,在1,200m/分下给出2气泡凹痕/cm2的气泡凹痕密度,在1,500m/分下给出7气泡凹痕/cm2的气泡凹痕密度。在两个涂层之间见到某些不相容性,在界面层狭缝出口处形成凝胶状沉淀。干燥涂层的滋墨值也稍高于在界面层中具有PVOH的实施例13、14和15中的涂层。
实施例17使用固体含量39.9%的配方10作为底界面层。界面层的涂布重量是0.8g/m2。在1,200m/分的降低了涂布重量的气泡凹痕密度为1.7气泡凹痕/cm2,在1,500m/分时为7.5气泡凹痕/cm2。考虑到界面层的厚度,这是很优异的性能。然而帘幕本身的稳定性不如较厚的界面层好。
总而言之,虽然在实施例16和17中含有淀粉的含颜料涂层作为界面层给出满意的性能,在实施例13、14和15中的含有PVOH的界面层在涂布操作时赋予更宽的宽容度,比含淀粉的配方更为优选。
实施例18、19、20、21和22界面层的功能不一定限制在浸润上。界面层可具有双重的目的,比如提供浸润和改善比如粘接和刚性等性能。
实施例18、19、20和21使用了由纯胶乳或聚合物溶液组成的不含颜料界面层。实施例22使用具有高粘合剂含量的含颜料涂层以改善粘接性。对于这些实施例使用同样的表层配方,而表涂层的涂布重量保持恒定为8g/m2。所选择的表涂层,配方24具有低气泡凹痕的倾向,致使在气泡凹痕上观察的差别可归因于界面层的影响。由于界面层组合物在固体含量上有一个范围,既可含有颜料,也可以不含颜料,界面层厚度固定在2.5μm的湿膜厚度,而不是如在前面实施例中的固定涂布重量。同时多层幕式淋涂层以1,200和1,500m/分的速度涂布在42g/m2的含木浆基纸(PPS=7.8μm)上。
实施例18使用配方11,即10%的PVOH溶液作为底界面层。使用此配方时,在1,200m/分时帘幕是稳定的,但在1,500m/分下,茶壶效应开始变得严重,此时不得不增加涂布流以保持恒定的涂布重量。在1,200m/分时,气泡凹痕密度为13个气泡凹痕/cm2,在1,500m/分时,气泡凹痕密度为27个气泡凹痕/cm2,气泡凹痕程度不可接受地增大。再有,气泡凹痕的尺寸加大。正如所预期的,涂层比对照的涂层(配方6作为界面层(2g/m2)和配方24(8g/m2)作为表层)具有改善的粘接性(更高的IGT剥落强度)和增大的刚度。对于对照,刚度结果是0.311mN*m,对于具有PVOH界面层的涂层是0.355mN*m。
实施例19使用配方12,即18.5%的淀粉溶液作为底界面层。淀粉溶液作为界面层的性能是很好的。在1,200m/分下帘幕是稳定的,没有茶壶效应,而在1,500m/分下稍有轻微的茶壶效应。在1,200m/分下的气泡凹痕密度是0.7气泡凹痕/cm2,在1,500m/分下的气泡凹痕密度是1.5气泡凹痕/cm2。淀粉溶液导致较高程度的堆积缺陷,也具有更多的由于在涂层中的空气气泡所产生的缺陷。这表明淀粉溶液的脱气可能更难实现。淀粉界面层的涂层性能显示出在IGT方面的改善(58,而对照组是42),和在刚度方面的改善(0.361mN*m,而对照组是0.311mN*m)。使用淀粉作为界面层的主要缺点是纸张光泽低(75°的光泽是42)和油墨沾污更慢。滋墨也增加。油墨光泽仍然很高(75°的光泽是66),以致涂层给出更高的三角光泽。使用淀粉溶液作为界面层有潜力用于制造涂层级消光和无光纸。
实施例20使用配方13重复实施例19的方法,该配方除了含有淀粉溶液以外还含有施胶聚合物。此实施例把表面施胶和作为同时多层涂层的涂层结合在一起,目前在工业实践中这两种涂布操作是以先后的方式分别进行的。在淀粉溶液中加入Dow施胶聚合物有助于使帘幕稳定化,而且在1500m/分时降低/消除了在实施例19中看到的茶壶效应。对于配方13,气泡凹痕程度是很低的,但堆积和空气气泡的量要多于在实施例19中只用淀粉溶液时所见到的量。使用配方13的涂层,其IGT和湿润粘附强度明显高于配方12(IGT分别是98和58,湿润粘附分别是75和60)。然而纸张光泽降低了(75°光泽是32),而油墨光泽仍然保持很高(75°光泽是63)。刚性于在配方17中所见到的没有变化,油墨堆积变差。Cobb水测试显示出与单用淀粉相比,施胶聚合物没有显示出任何差别。这样的结果部分归因于在涂层中存在着点蚀。通过改善脱气和对涂层重新配方,在纸片的施胶性能上应有改善。
实施例21
使用配方14作为底界面层。这种全胶乳界面层给出优异的帘幕稳定性,同时没有茶壶效应。在1200m/分时的气泡凹痕密度是0.3气泡凹痕/cm2,在1500m/分时是1.3气泡凹痕/cm2。纸张光泽是66而油墨光泽是84。另一个优点是涂层的内聚力更好(IGT=95)。油墨沾污很慢,这可能是个缺点。与在实施例18、19、21和21中的其他界面层相比,全胶乳层给出最好的一组性能,但它要更加昂贵一些。
实施例22使用配方15,即使用30份PVOH作为粘合剂并且没有胶乳粘合剂的高粘合剂含量含颜料涂层,作为底界面层。此配方的运转性能是很好的。帘幕稳定而且没有茶壶效应。气泡凹痕密度很低,同时点蚀密度也很低。IGT强度是良好的(IGT=78),刚性是0.274mN*m,而对照组的刚性是0.228mN*m。如同油墨光泽一样(75°光泽是58),纸张光泽很低(75°光泽是36)。
意外地发现,功能界面层也会影响表涂层的印刷和光泽性能,即便底界面层比较薄而且距涂层表面有一些距离。同时多层涂层的断面电子显微镜照片指出,一层和另一层的涂层组分存在着有限的混合,因此此表现的机理还是未知的。
实施例23、24、25、26、27和28如在上面所显示的,虽然加入界面层降低了气泡凹痕程度,可是不与基纸表面接触的层的组成也具有明显的影响。在双层同时多层幕式淋涂的情况下,在主层(表层)中仍然可能存在着气泡凹痕,哪怕使用具有良好浸润和流变性能的足够厚的界面层。这意味着,除了界面层以外,主涂层的组成和流变性能必须加以改变。已经发现,使用低分子量的PVOH具有戏剧性的降低气泡凹痕程度的能力,涂布是当涂布速度增加和/或基纸的粗糙度增加时。还已经发现,涂层中颜料的类型对气泡凹痕程度具有极大的影响。在颜料的类型和含量上很小的变化会导致气泡凹痕程度上很大的差别。对于这一系列实施例,底界面层的组成保持恒定,而同时多层幕式淋涂的表层的组成是变化的。底界面层使用了配方6,由在上面实施例13中已知它具有良好的抗气泡凹痕性能。底界面层的涂布重量是2g/m2。表涂层的涂布重量是8g/m2。此同时多层帘幕涂层涂布在41g/m2的含木浆基纸(PPS=6.3μm)。
实施例23和24显示出在表涂层中PVOH含量对气泡凹痕程度的影响。实施例25、26、27和28比较了在主表涂层中使用两种不同涂层黏土的情况。
实施例23使用含有1份PVOH的配方25作为表涂层,以1500m/分的涂布速度进行涂布。在此速度下,此配方在表涂层中给出中等程度的气泡凹痕。
实施例24使用含有2.5份PVOH的配方26作为表涂层重复实施例23的方法。使用此配方作为表涂层,在1500m/分的速度下导致近于没有气泡凹痕的涂层。增加表涂层中PVOH的含量戏剧性地降低了气泡凹痕程度。
实施例25使用含有30份粘土(B)的配方27作为表涂层,在1,200和1,500m/分的速度下进行涂布。在1,200m/分时的气泡凹痕密度是5.8气泡凹痕/cm2,在1,500m/分时的气泡凹痕密度是34气泡凹痕/cm2。
实施例26使用配方28作为表涂层重复实施例25的方法。配方28含有10份粘土(A)和20份粘土(B)。在1,200m/分时的气泡凹痕密度是16气泡凹痕/cm2,在1,500m/分时的气泡凹痕密度是76气泡凹痕/cm2。
实施例27使用配方29作为表涂层重复实施例25的方法。配方29含有20份粘土(A)和10份粘土(B)。在1,200m/分时的气泡凹痕密度是34气泡凹痕/cm2,在1,500m/分时的气泡凹痕密度是500气泡凹痕/cm2。
实施例28使用配方30作为表涂层重复实施例25的方法。配方30含有30份粘土(A)。在1,200m/分时的气泡凹痕密度是34气泡凹痕/cm2,在1,500m/分时的气泡凹痕密度是550气泡凹痕/cm2。
从实施例25、26、27和28可证实,颜料组成上很小的变化(小到10份)能够戏剧性地影响到气泡凹痕程度。
实施例29和30已知基纸的质量会影响到涂布方法。在现有技术中认为基纸的粗糙度是影响涂层质量的关键因素。实施例29和30使用不同的基纸,有无木浆的,有含木浆的,有涂布的,有未涂布的,有压光的,有未压光的纸张,这些纸张具有一定范围的表面粗糙度和化学性能。
实施例29重复实施例8的方法,只是底涂层的涂布重量为12g/m2,表涂层的涂布重量为1g/m2。在1200和1500m/分的涂布速度下把同时多层帘幕涂层涂布到4种不同的基纸上。基纸的细节和气泡凹痕结果显示在表10中。
表10
对于无预涂层的无木浆基纸,在1200m/分的涂布速度下,覆盖不良,在1500m/分时则更差。在有预涂层的无木浆纸上面,在涂布速度为1200和1500m/分时,可得到良好的覆盖,没有多少气泡凹痕。对于有预涂层+预压光的含木浆基纸,同时多层涂层没有气泡凹痕。对于低气泡凹痕密度的最大PPS粗糙度是大约6.3μm。在PPS粗糙度为2.9μm时,得到没有气泡凹痕的涂层。在没有界面层的情况下,在1500m/分时对于具有薄功能表层的双层幕式淋涂,低气泡凹痕密度需要有预涂层的基纸。通过加入界面层,形成三层同时幕式淋涂就能够解决这个限制。
实施例30此实施例显示出通过使用具有良好浸润性能和抗气泡凹痕性能的界面层和表层配方相结合以尽可能降低气泡凹痕,在各种基纸上制造高固体含量高速度LWC涂层的能力。代表当前LWC基纸的4种不同含木浆基纸被制成复合卷筒纸,然后可在相同的涂布条件下将其涂布。这些基纸未经预压光或预涂布,准备用于高速幕式淋涂的表面。
使用2g/m2的配方6作为界面层,使用8g/m2的配方27作为表涂层,以总涂布重量10g/m2涂布各种基纸。在1,500m/分下将同时多层帘幕涂层涂布到复合卷筒纸上。帘幕高度也是变化的。结果汇总在表11中。
表11
此数据意外地显示出,在1500m/分的速度下,以只有150mm高度的帘幕,在粗糙的基纸上能够成功地进行涂布。
图7显示出在相同的涂布条件下,可以在这些不同的基纸上制造的覆盖良好而且几乎没有气泡凹痕的涂层。由于不用调节涂布机械的参数就意外地能够涂布所有的基纸,此实施例说明了同时多层幕式淋涂法的灵活性。
实施例31在1500m/分下在基纸3上重复实施例30的方法,以检验从基纸上排除空气和给帘幕设置空气保护屏对气泡凹痕程度的影响。
表12
意外地如在表12中所显示,取消空气保护屏和降低空气除去装置的真空抽吸力对气泡凹痕密度没有明显的影响。此结果指出,在高速幕式淋涂的过程中所见到的气泡凹痕与在文献中报道的经典的空气夹带是不同的,因为在如此的高速下由于在基纸上的空气边界层,预期会看到气泡凹痕密度有增加。这些结果进一步说明使用本发明的涂层配方的优点,即可用宽的涂布操作窗口得到低气泡凹痕密度的涂层。
实施例32~41当同时涂布3层或更多层时,在设计涂层时甚至更多的灵活性都是可以的。对于单层或双层涂层,所有的涂布层都与空气界面接触,这就对涂布层的粘度和动态表面张力设置了某些限制。通过用适当的界面层和表层形成夹层结构,就能够涂布许多类的单独时不可能涂布的涂布层。另外,由于能够使用同时多层幕式淋涂进行涂布的层比较薄,现在就能够设计出多层LWC涂层。由于用刮刀法、杆式法和薄膜涂布法涂布的最低涂布重量的限制,这在过去是不可能的。实施例32~41显示出许多类型的可以用同时多层幕式淋涂法制造的多层LWC涂层(10g/m2或更小)。
实施例32、33、34和35对于多层LWC涂层,本发明的一个实施方案是使用在使用薄界面层的同时还使用具有良好松厚度(bulk)和低价的比较厚的内层,而且还使用薄的功能表层,以得到良好的纸片表面和印刷性能。在此实施例中,使用2g/m2的配方6作为界面层,而使用5~7g/m2的配方42作为内层。对于表层,使用1~3g/m2的4种不同的功能表层。将3层结合在一起形成同时三层帘幕,在1,200m/分下涂布到含木浆基纸(40g/m2,PPS=5.3μm)上。某些关键性能显示在表13中。
实施例32使用配方31作为表涂层,在所有涂布条件下都给出低的气泡凹痕程度。
实施例33使用配方32作为表涂层,在所有涂布条件下都给出低的气泡凹痕程度。
实施例34使用配方33作为表涂层,在所有涂布条件下都给出低的气泡凹痕程度。
实施例35使用配方34作为表涂层,在所有涂布条件下都给出低的气泡凹痕程度。
表13
在此表中“无数据”表示没有进行给定的实验。
三层LWC涂层的涂布纸性能显示出其很宽范围的性能。每个测试的组成在纸张光泽、三角光泽、油墨沾污(ink set off)和速度平衡方面都具有特征性的身份标志。表14汇总了在实施例32~35中得到的数据中的某些趋势。
表14
由此实施例得到的结论是,由于有能够均匀地涂布薄到1g/m2的层的能力,通过只改变此表层的组成就可以得到很宽的纸张和印刷特性范围。这就给予了造纸工业开发为更好适应特定的印刷条件而量身定做纸张的机会。
实施例36使用配方35作为表涂层重复实施例33的方法,制造消光型转轮凹版印刷纸。配方35含有高含量经常在制造转轮凹版印刷纸时使用的颜料。以1、2和3g/m2的涂布重量涂布表涂层,减小内层的涂布重量(配方42)以保持总涂布重量恒定。用3g/m2的涂布重量能够制造出很均匀的涂层,同时气泡凹痕的含量很低。与传统的转轮凹版印刷纸相比,此三层帘幕涂层改善了纤维的覆盖,同时具有更均匀的外观。此外,与在整个涂层的厚度上,而不是只在薄的表涂层中使用粘土和滑石粉的涂层相比,使用配方42作为内层给出更高的亮度和更低的总成本。
实施例37同时多层幕式淋涂法提供涂布一种具有特殊流变性能涂层的方法,用其他的涂布技术很难得到这种流变性能,如果不是不可能的话。在此实施例中,使用通过添加氯化钙溶液而部分絮凝的涂层作为三层帘幕涂层的内层。此三层帘幕由2g/m2配方6作为底涂层、15g/m2配方43作为内层和5g/m2配方36作为表涂层组成。以1000m/分的速度将此涂层涂布到无木浆基纸(76g/m2,PPS=5.3μm)上。此内涂层(配方43)显示出剪切增稠的性能,当单独使用时,既不能用刮刀涂布法涂布,也不能形成稳定的帘幕。通过在多层帘幕中加入絮凝涂层,就能够形成稳定的帘幕,并在涂布纸上具有很低的气泡凹痕密度(0.54气泡凹痕/cm2)。
实施例38使用同样的功能涂层作为底界面层和作为涂层的表涂层是可能的。在此实施例中,通过把2g/m2的配方16作为底涂层、6g/m2配方44作为内层和2g/m2配方37作为表涂层一起形成三层帘幕。配方16和配方37的组成是相同的,都含有塑料颜料。意外地发现,对于底涂层和表涂层使用同样的组成,导致很稳定的帘幕,而且在高涂层流速下意外地消除了茶壶效应。在1,500m/分下,将此三层帘幕涂布在含木浆基纸(41g/m2,PPS=7.1μm)上。气泡凹痕密度是7.4气泡凹痕/cm2。使用具有塑料颜料的功能涂层作为内层以及表涂层,在光泽上给出大约5~6个点的改善。
实施例39通过把薄层加入同时多层涂层,就能够隔离各涂层组分,设计出提供特殊功能,比如刚性、遮光性、亮度、阻隔性等的涂层。在实施例39中,涂层中的全部TiO2颜料都加在多层涂层的薄内层中。通过组合2g/m2的配方6作为底涂层、2g/m2的配方45作为内层和6g/m2的配方38作为表涂层形成三层帘幕。在1,000m/分下将此同时三层涂层涂布到含木浆基纸(40.5g/m2,PPS=7.9μm)上。
实施例40和41涂布很均匀的涂层制造同时多层帘幕涂层的能力涂布适合于制造无针眼的阻隔层。在实施例40和41中,在多层涂层中间使用水分散液作为薄层,给最终涂层以阻隔性能。
实施例40在此实施例中,底涂层和表涂层具有同样的组成和涂布重量。内层的涂布重量在0.2~3g/m2之间变化。因此,此多层帘幕由6g/m2的配方30作为底涂层、0、2或3g/m2的配方46作为内层和6g/m2的配方30作为表涂层组成。在1000m/分下将此涂层涂布到无木浆基纸(76g/m2,PPS=5.3μm)上。在表15中显示出涂布纸的结果。
表15
实施例41使用配方47作为任选的内层,重复实施例42的方法。结果显示在表16中。
表16
由表15和表16的数据看阻隔性能是显而易见的。意外的是,今用3或2g/m2的阻隔层就达到了高度的阻隔效果。为了得到良好的阻隔性能,在使用诸如刮刀或薄膜加压等传统涂布技术,对阻隔层需要高得多的涂布重量才能避免针孔。在使用同时多层帘幕涂层时,由于取得了其他层的“支撑”效果的优点,甚至在低涂布重量下就能够得到很均匀而且没有针孔的阻隔层。
具有内阻隔层的纸张具有至少如参照纸张一样好的印刷性能。耐拉毛性能意外地得到改善,这显示出表涂层与疏水阻隔层有很高的粘接性能。很好的阻隔性能和胶印性能的结合是很独特的,对于纸张和/或包装的应用可具有很大的价值。
实施例42、43、44和比较实验E这些实施例显示出在纸板上的同时多层帘幕涂层。纸板涂层比较厚,因此涂布速度一般比涂布纸张更慢。在高速下通过单狭缝或喷嘴涂布单层厚涂层(>20g/m2)可能导致由于流动不稳定和在涂层配方高流速下产生的湍流而引起的问题。对于多层帘幕涂层,使涂布流流经几个狭缝或喷嘴,然后将各层合并以形成单个的厚层就能够避免这些问题。此外,纸板基材可能很粗糙,颜色一般也比纸基材更深,特别是如果纸板中回收纤维的含量很高的话。其外形轮廓与其覆盖范围很相似的帘幕涂层非常适合于纸板的涂布。
实施例42和比较实验E在纸板上涂布同时多层帘幕涂层,并与在同样纸板上先后涂布两个单层帘幕涂层进行比较。
实施例42在此实施例中,涂布26g/m2的涂层作为双层帘幕,其中涂布13g/m2配方17作为底涂层,涂布13g/m2配方39作为表涂层。配方39具有与配方17大致相当的组成。与在纸板上的典型涂层相比,这些配方含有很高的固体含量。在600m/分下将该涂层涂布到188g/m2的纸板基板上,得到没有气泡凹痕表面的纸板。
比较实验E重复实施例42,只是在先后两次涂布当中涂布两层同样的13g/m2表涂层,在两次涂布之间设置一个干燥的步骤,得到26g/m2的总涂布重量。即使在600m/分的比较低速度下,由两次相继涂布得到的涂层也具有严重的气泡凹痕,而26g/m2的多层帘幕涂层是没有气泡凹痕的。
实施例43此实施例使用了三层帘幕涂层在单一的一次涂布当中均匀地涂布很厚的层(34g/m2)。使用刮刀涂布的方法是很难涂布这样的涂布重量的。通过把2g/m2配方6作为底涂层、27g/m2的配方48作为内层和5g/m2配方40作为表涂层的组合得到三层涂层。在700m/分下将次三层涂层涂布到250g/m2的回收纤维纸板上。
实施例44在此实施例中,对于多层涂布的纸板,使用很薄的强光亮功能层作为内层。使用15g/m2的配方6作为底涂层和7g/m2的配方41作为表涂层制造同时双层的对照试样。实验试样是由15g/m2配方6作为底涂层、0.5g/m2配方49作为内层和7g/m2配方41作为表涂层组成的同时三层帘幕涂层。两种涂层都是以700m/分涂布到250g/m2的回收纤维纸板上。由于有增强了亮度的内层,导致白度明显增强(106.5对96.2)。
权利要求
1.一种方法,包括形成一个复合多层自由流动的帘幕,并使该帘幕与连续的基纸或基板的卷纸基材相接触,该帘幕具有至少45wt%的固体含量。
2.如权利要求1的方法,其中该基材既没有预涂布,也没有预压光。
3.如权利要求1的方法,其中在涂布前基材的表面粗糙度为至少5μm。
4.如权利要求1的方法,其中该帘幕具有涂布重量不高于1g/m2的表涂层,卷纸速度为至少800m/分。
5.如权利要求1的方法,其中形成复合自由降落帘幕的各层中的至少一层含有粘合剂。
6.如权利要求1的方法,其中每一层的涂布重量都低于30g/m2。
7.如权利要求1的方法,其中至少两层具有同样的组成。
8.如权利要求1的方法,其中至少一层的涂布重量最多为5g/m2。
9.如权利要求1的方法,其中至少一层的涂布重量最多为2g/m2。
10.如权利要求1的方法,其中形成涂布纸或涂布纸板,并且至少一层的作用是覆盖功能。
11.如权利要求1的方法,其中卷纸的速度至少为400m/分。
12.如权利要求1的方法,其中卷纸的速度至少为800m/分。
13.如权利要求1的方法,其中卷纸的速度至少为1,400m/分。
14.如权利要求1的方法,其中卷纸的速度至少为1,500m/分。
15.如权利要求1的方法,其中卷纸的速度为至少1,700m/分。
16.如权利要求1的方法,其中卷纸的速度为至少2,000m/分。
17.如权利要求1的方法,其中至少一层的粘度为至少20cp。
18.如权利要求1的方法,其中至少一层的粘度为至少200cp。
19.如权利要求1的方法,其中至少两层的粘度为至少200cp。
20.如权利要求1的方法,其中该帘幕包括至少一个内层。
21.如权利要求1的方法,其中该方法制造涂布的印刷纸。
22.如权利要求1的方法,其中该方法制造适合于印刷的涂布纸板。
23.如权利要求1的方法,其中该帘幕的至少一层含有聚乙烯醇。
24.如权利要求1的方法,其中该帘幕包括至少一个表涂层和一个界面层,而至少该界面层含有聚乙烯醇。
25.如权利要求1的方法,其中该帘幕具有至少两层,其总涂布重量最多为10g/m2。
26.如权利要求25的方法,其中该帘幕具有至少三层。
27.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中形成复合自由降落帘幕的层中的至少一层含有颜料。
28.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中该帘幕的至少一层含有颜料,而且至少一种颜料包括粘土、滑石粉或TiO2。
29.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中形成复合自由降落帘幕的层中的至少一层的固体含量为至少60wt%。
30.如权利要求1的方法,其中帘幕的固体含量为至少50wt%。
31.如权利要求1的方法,其中该帘幕的固体含量为至少55wt%。
32.如权利要求1的方法,其中该帘幕的固体含量为至少60wt%。
33.如权利要求1的方法,其中该帘幕的固体含量为至少70wt%。
34.如权利要求1的方法,其中该帘幕的至少一层是粘性的。
35.如权利要求1的方法,其中该帘幕包括至少3层。
36.如权利要求1的方法,其中该帘幕包括至少4层。
37.如权利要求1的方法,其中该帘幕包括至少5层。
38.如权利要求1的方法,其中该帘幕包括至少6层。
39.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中每一层的涂布重量为0.1~30g/m2。
40.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中表涂层的涂布重量为0.1~30g/m2,与基纸或基板接触的层的涂布重量为0.1~30g/m2。
41.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中涂层中的至少一层赋予选自印刷性能、阻隔性能、光学性能、剥离性能和粘接性能的功能。
42.如权利要求41的方法,其中该涂层赋予脂阻隔性能、油阻隔性能或者赋予这两种性能。
43.如权利要求41的方法,其中得到的纸具有涂布重量等于或小于1g/m2的层,而且其中基于该层的重量,该层含有至少3wt%的光学增白添加剂。
44.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中涂布纸或涂布纸板的光泽小于45。
45.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中涂布纸或涂布纸板的平均气泡凹痕密度不高于10气泡凹痕/cm2。
46.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中同时进行施胶和涂布。
47.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中帘幕中至少一层包括光学增白剂。
48.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中帘幕包括至少一个涂层。
49.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中该表涂层的涂布重量低于其下面各层的总涂布重量。
50.如权利要求1的方法,其中该表涂层的涂布重量小于5g/m2。
51.如权利要求1的方法,其中该表涂层的涂布重量小于3g/m2。
52.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中该表涂层含有包括至少一种选自合成聚合物颜料和光泽清漆的光泽添加剂。
53.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中该表涂层含有颜料和粘合剂,其中颜料是合成聚合物颜料,其中粘合剂是胶乳。
54.如权利要求1的方法,其中帘幕中的至少一层含有选自黏土、高岭土、滑石粉、碳酸钙、二氧化钛、缎光白、合成聚合物颜料、氧化锌、硫酸钡、石膏、二氧化硅、三水合氧化铝、云母和硅藻土的颜料。
55.如前面各项权利要求中任何一项的方法,其中该粘合剂选自羧基化胶乳、苯乙烯-丁二烯胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯胶乳、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈胶乳、苯乙烯-马来酸酐胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐胶乳、多糖、蛋白质、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、纤维素和纤维素衍生物。
56.如权利要求1的方法,其中该帘幕包括赋予功能的层,而且该层含有一种或多种选自乙烯-丙烯酸聚合物、聚氨酯、环氧树脂、聚酯、聚烯烃、任选羧基化的苯乙烯-丁二烯胶乳、任选羧基化的苯乙烯-丙烯酸酯胶乳、淀粉、蛋白质、苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-马来酸酐、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纤维素、聚硅氧烷、蜡和微胶囊的成分。
57.如权利要求1的方法,其中帘幕表层的涂布重量比帘幕的任何其他层都低。
58.如权利要求1的方法,其中帘幕底层的涂布重量比帘幕的任何其他层都低。
59.如权利要求1的方法,其中该帘幕包括至少一个其涂布重量低于该帘幕任意其他层的界面层。
60.如权利要求1的方法,其中该基材是基纸。
61.由前面各项权利要求中任何一项的方法得到的具有至少双层涂层的纸张或纸板。
62.一种涂布印刷纸,其中该涂层具有至少三层,总涂布重量最多为10g/m2。
63.如权利要求62的涂布印刷纸,其中各层中至少一层是阻隔层。
64.如权利要求62的涂布印刷纸,其中各层中至少一层是湿气阻隔层。
65.如权利要求62的涂布印刷纸,其中各层中至少一层的涂布重量为4g/m2或更低。
66.如权利要求62的涂布印刷纸,其中各层中至少一层的涂布重量为3g/m2或更低。
67.如权利要求62的涂布印刷纸,其中各层中至少一层的涂布重量为2g/m2或更低。
68.具有光泽为至少70,表涂层的涂布重量为1g/m2或更低的涂布印刷纸。
69.特别适合于印刷、包装和标签的目的的多层涂布纸和涂布纸板,但不包括照相纸和压敏誊写纸的制造方法,其中由选自含水乳液和含水悬浮液的至少两个液体层组成复合的自由降落帘幕,用此复合涂布帘幕来涂布连续的基纸或基板的卷纸。
70.一种方法,包括形成一个复合多层自由流动的帘幕、使该帘幕与连续的纸张或纸板的卷纸基材接触,该卷纸的速度为至少1,400m/分。
71.如权利要求70的方法,其中进行接触的方式使得将该复合帘幕涂布在基材上,形成适合于印刷的涂布纸。
72.如权利要求70的方法,其中进行接触的方式使得将该复合帘幕涂布在基材上,形成适合于印刷的涂布纸板。
73.由权利要求70的方法得到的纸张或纸板。
74.一种涂布方法,该方法包括将移动的卷纸与固体含量为至少45%的复合帘幕涂层相接触,其中该帘幕具有至少2个组分层,其中第一层的方向使得它与卷纸直接接触,其涂布重量为大约0.1~大约60g/m2,基于该第一层的总组成,该层含有大约0.2~大约10wt%的聚乙烯醇,其中至少该第一层以外的一层含有颜料和粘合剂,而且其中表涂层任选地含有光泽添加剂。
全文摘要
本发明的一个实施方案中涉及特别适合于印刷、包装和标签目的的多层涂布纸和涂布纸板的制造方法,以及如此得到的纸张或纸板。在该方法中将至少两个选自含水乳液或含水悬浮液的帘幕层形成复合的自由降落的帘幕,用该复合帘幕涂布连续的基纸或基板卷。
文档编号B05C9/06GK1526043SQ02807378
公开日2004年9月1日 申请日期2002年4月12日 优先权日2001年4月14日
发明者R·厄斯杰勒, R 厄斯杰勒 申请人:陶氏环球技术企业
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