制造超松厚的轻量涂布纸的方法

专利名称：制造超松厚的轻量涂布纸的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造松厚轻量纸产品的方法，该纸产品具有与较重纸相当的挺度和不透明度，该方法包括使用含高级磨木浆的纸张；用特别配制的涂料进行涂布；然后使纸幅通过两个具有延长压区的压光机；纸的每一面对应一个压区。
背景技术：
由于邮费不断大量增加，所以对适用于杂志的较轻纸产生相当大的需求。然而，当纸变轻后，会出现“透明”和柔软“感”等问题，从而使得这些较轻的纸基本上不能用于杂志、小册子、年度报告、广告页、直接邮件以及类似的宣传材料，尤其不能用于高质量的杂志。
制备轻量松厚纸张的尝试是利用较高等级的磨木浆并用由较高等级的高岭土和塑料颜料配制的涂料对纸幅进行涂布，或使用比传统涂料更松厚的涂料进行涂布。例如参见第6,287,424、6,332,953和4,749,445号美国专利。第5,283,129号美国专利公开了一种高光泽度轻量纸，其用含有层状粘土、煅烧粘土及二氧化钛的颜料组合物涂布，其中用最多约5重量份的空心不透明塑料颜料代替二氧化钛。第4,010,307号美国专利公开了一种高光泽度涂布纸产品，其含有70-95重量％的碳酸钙和5-30重量％的粒径在0.05-0.30μm范围内的不成膜聚合物颜料。
在造纸过程中，修整操作可为压光处理，其中纸幅通过在一对或多对辊子之间形成的压区，由此使纸幅的表面变平以形成光滑的表面。同时，纸幅的厚度减小，并被压实。因为松厚度与密度成反比，所以若密度增加，则经修整纸产品的松厚度下降。其他制造轻量(24-40磅)松厚涂布纸的尝试是在减少的载荷和压区数目下利用在线热软压光机、在线超级压光机或离线超级压光机实施。例如参见第5,694,837、5,750,259、5,546,856、5,400,707号美国专利，它们涉及一种修整连续纸张的设备；第5,163,364号美国专利，其涉及一种压光纸张或纸板纸幅的方法；以及涉及松厚纸的第09/839,507号美国专利申请。还参见Wikstrom，M.的“延长的软压区上涂布纸和纸板的压光(Calendering of coated paper andboard in an extended soft nip)”，Nordic Pulp & Paper Research J.no.4，P289-298(1997)；Carlsson等人的“乳胶粘结剂的黏弹性性质对高温压光运转性能的影响”，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，这些利用低于传统超级压光机压区的压力制造轻量松厚纸的尝试，得到基本上低光泽度的纸，通常远低于75°纸浆与造纸工业技术协会(TAPPI)的光泽度40，即低于35。该较低光泽度的纸很难用于许多出版目的，如要求高光泽度且高印刷光泽度的轻量松厚纸的杂志。
因此，目前用于提高纸的松厚度的方法包括使用较高等级的含磨木浆的原纸，并用容易修整的涂料(即用较高等级的高岭土和塑料颜料配制)进行涂布，然后用具有减少的载荷和压区数的超级压光机进行压光。目前商用的30磅样品的分析表明，该纸的松厚度在1.7-1.9密耳的范围内。
现有技术并未教导一种制造具有高挺度、不透明度和白度的松厚轻量涂布纸的方法，该纸可用作“廉价”的胶版印刷纸。因此，存在制造具有可与较重纸张相比的较高挺度和不透明度的较轻量纸张的强烈需要。

发明内容
本发明满足了本领域中明显的需求，其提供一种制备30磅/3300平方英尺的具有高挺度、不透明度和白度、可用作“廉价”胶版印刷纸的松厚轻量涂布纸的方法，该方法包括使用含磨木浆的高级纸张、用特殊配制的涂料进行刮涂、接着用两个具有延长压区的压光机进行压光，纸的每一面对应一个压光机。
我们的数据表明，本发明方法生产的超松厚的轻量涂布纸(LWC)与目前松厚度最高的商用纸张相比，松厚度提高了最大22％。本发明的用具有延长压区的压光机压光的纸与用超级压光机压光的同类产品相比，具有更高的白度和不透明度、相当的或更好的印刷性能，特别是印刷光泽度的性能。由于使用两个具有延长压区的压光机产生的明显较高的松厚度，主要是因为所述具有延长压区的压光机可保持更好的松厚度，也就是说，在相等的载荷下使用两个具有延长压区的压光机提供比超级压光机和热软压光机更低的压区强度。
因此，本发明的一个目的是提供一种制造超松厚的胶版印刷轻量涂布纸的方法，其包括以下步骤(a)生成一种包含机械浆和化学浆的纤维配料；(b)由所述纤维配料形成纸幅；(c)从所述纸幅中去除水；(d)用本发明的涂布配制品进行涂布；(e)使涂布纸幅通过两个具有延长压区的压光机的压区，其中纸的每一面朝向一个热辊，并用所述压光机的压区之一进行处理；其中每个压光压区是由一个表面温度至少为300°F的压光辊和一个宽度至少为30mm的衬垫底托形成的，所述压区提供至少为1000磅/线英寸的载荷；而且经压光的纸保持大于75％的纸厚度。
本发明的另一个目的是提供一种制造30磅/3300平方英尺的超松厚的5号胶版印刷轻量涂布纸的方法。
本发明的另一个目的是提供一种包含至少40％机械浆的配料，优选为60％的机械浆，其中所述机械浆部分包含等量混合的热磨机械浆(TMP)和传统的磨石磨木浆，其中剩余的组成是牛皮纸浆。
本发明的另一个目的是提供一种制造超松厚的胶版印刷轻量涂布纸的方法，其中涂布配制品优选用刮刀涂布机或计量施胶压榨涂布机进行涂布。
本发明的另一个目的是提供一种制造超松厚的胶版印刷轻量涂布纸的方法，其中所述涂布配制品含有(i)空心塑料颜料；(ii)高岭土颜料；(iii)煅烧的高岭粘土；(iv)二氧化钛(TiO2)颜料；(v)合成的乳胶粘结剂；以及(vi)合成的增稠剂(或辅助粘结剂，其包括羧甲基纤维素(CMC)或丙烯酸基或基于两者联合的增稠剂)。
本发明的另一个目的是提供一种涂布配制品，其中所述空心塑料颜料的含量为颜料总量的至少约2重量％，优选为3-5重量％。
本发明的另一个目的是提供一种涂布配制品，其中所述高岭土颜料为颜料总量的至少约70重量％，优选为80-100重量％，其具有细小的粒度分布，其特征在于，至少85％的所述颗粒小于2μm，至少50％的所述颗粒小于0.5μm，这些数据是基于使用Sedigraph粒度分析仪给出的颗粒计数，而且所述高岭土颜料具有扁平状形态，其特征为细颗粒和粗颗粒的形状因子均大于15，优选为20-27。
本发明的另一个目的是提供一种涂布配制品，其中所述煅烧高岭土为颜料总量的至少约5重量％。
本发明的另一个目的是提供一种涂布配制品，其中所述TiO2为颜料总量的至少约2重量％，优选为3-5重量％。
本发明的另一个目的是提供一种涂布配制品，其中所述合成的乳胶的浓度为颜料总量的至少约12重量份或更多。
本发明的另一个目的是提供一种涂布配制品，其中所述合成的增稠剂的浓度为颜料总量的至少约0.05重量份或更多。
本发明的另一个目的是提供一种涂布配制品，其中所述涂料也可含有沉淀碳酸钙(PCC)或研磨碳酸钙(GCC)。
本发明的另一个目的是提供一种涂料，该涂料在所述纸幅各表面上的涂布重量至少为每面2.0磅/3300平方英尺，优选为2.0-60磅/3000平方英尺，更优选为2.5-5.5磅/300平方英尺，从而形成的涂布纸幅在压光前的水分含量为至少5.5％，优选为6.5-8.0％，更优选为7.0％。所述涂料含有细小的扁平状高岭土颜料、乳胶粘结剂和增稠剂，所述涂布纸幅的厚度大于2.6密耳。
本发明的另一个目的是提供一种制造超松厚的胶版印刷轻量涂布纸的方法，与传统的超级压光机或热软压光机相比，其明显地保持更多的初始松厚度，压光步骤是使用两个具有延长压区的压光机实施，其中所述压光机优选为底托压区(shoe nip)压光机(SNC)，所述底托压区的宽度在约40mm至约80mm的范围内，压光温度控制在约300°F至约430°F，压区的载荷为1700-2400磅/线英寸。
本发明的另一个目的是提供一种制造超松厚的胶版印刷轻量涂布纸的方法，其中所述经修整涂布纸的基重为28-38磅/33平方英尺，并呈现35％或更高的75°TAPPI光泽度，以及至少2.15密耳的厚度。
本发明的另一个目的是提供一种制造超松厚的胶版印刷轻量涂布纸的方法，其中所述LWC的厚度比经超级压光机压光的30磅/3300平方英尺的LWC高17-27％，而且具有提高的白度、不透明度和印刷光泽度。
本发明的另一个目的是提供一种制造超松厚的胶版印刷轻量涂布纸的方法，其中所述具有延长压区的底托的压光机生产的5号LWC胶版印刷纸张，相对于用超级压光机压光的其同类产品，其松厚度提高了最大22％，并具有更好的白度和不透明度，以及相当的或更好的印刷性能。


图1所示为压光对厚度性质的影响。该图表明用底托压区压光机压光的纸具有明显较高的厚度。
图2所示为压光对白度性质的影响。该图表明在底托压区压光机中修整的样品，其白度明显高于在超级压光机中进行修整的样品。
图3所示为原纸对不透明度性能的影响。
图4所示为涂料对光泽度性能的影响。
图5所示为印刷表面粗糙度(PPS)性能。该图表明PPS性能不仅取决于压光方法，还取决于原纸和涂料的类型。
图6所示为涂料对印刷光泽度测量的影响。
具体实施例方式
本发明方法制造了一种具有相对更高松厚度的轻质纸产品，因此制造的较厚纸张具有降低的密度或压实性，同时保持与较重质纸张相当的较高挺度和不透明度的有利性。
本发明的方法中，原纸是用高级机械浆制造的。该方法还包括一个包含颜料淀积的涂布配制品，其含有(i)含量为颜料总量至少2重量％的空心塑料颜料；(ii)含量为颜料总量至少70重量％的扁平状或细小颗粒状的工程高岭土；(iii)含量为颜料总量至少2重量％的TiO2；(iv)含量为颜料总量至少10％的煅烧粘土。粘结剂包括占颜料总量14-20重量份的双峰式粒度分布的苯乙烯-丁二烯(PSD SB)乳胶或用Acronitrile改性的SB乳胶。辅助粘合剂包括CMC、丙烯酸基或基于两者联合的增稠剂。该涂布配制品用刮刀涂布机或计量施胶压榨涂布机进行涂布，涂布重量在约2.5-5.5磅/3300平方英尺的范围内。本发明的方法还包括一个压光步骤，其是用两个具有延长压区的压光机实施的，每一面对应一个压区，其中纸的涂布面对着温度在320°F-420°F范围内的热辊。线载荷在约1400-2600pli的范围内。在压光前纸张的水分含量控制在约等于或大于6.5％。与用超级压光机压光的同类产品相比，所得的纸具有更好的白度和不透明度。印刷性能，特别是印刷光泽度性能相当于或优于用超级压光机压光的同类产品。
纤维配料用本发明方法制造的LWC纸以具有高百分比机械浆的水基配料开始，其中剩余的组成是牛皮纸浆。所述机械浆一般为约至少40％，通常在40％-80％的范围内，优选在60％-80％的范围内。该机械浆部分含有等量混合的热机浆和传统的磨石磨木浆。剩余成分为牛皮纸浆。机械浆提供一种成型良好的原纸。这里所用的机械浆可包括磨石磨木浆(SGW)、热机械浆(TMP)或化学热机械浆(CTMP)。样品配料为(1)30％TMP/30％SGW/40％软木牛皮纸浆SWK和(2)60％TMP/10％PGW/30％SWK。SWK不被当作机械浆。另一个实例可为55％-65％CTMP/35％-45％SWK。
用传统造纸设备由上述配料制造纸张。然后使该纸张进入压榨阶段，其中可传统地进行压榨。然后使纸幅进入干燥阶段，干燥至水分含量低于6％，优选为4％或更低。然后在造纸机上或在离开造纸机处，用本发明的涂布配制品涂布该纸张。
涂布配制品本发明方法中，在修整之前施用涂布配制品。根据本发明的涂布配制品含有(i)空心塑料颜料；(ii)高岭土颜料；(iii)煅烧高岭粘土；(iv)二氧化钛(TiO2)；(v)合成的乳胶粘结剂；(vi)合成的增稠剂(或辅助粘结剂，其包括羧基甲基纤维素或丙烯酸基或基于两者联合的增稠剂)。所述涂布配制品也可包括沉淀碳酸钙(PCC)或研磨碳酸钙(GCC)。
空心塑料颜料的含量为颜料总量的至少2重量％，优选为约3-5重量％。适当的空心塑料颜料包括由ROHMNOVA 2990 Gilchrist Road，Akron，Ohio 44305在商业上提供的ROPAQUE HP-1055。高岭土颜料的含量为颜料总量的至少约70重量％，优选为80-100重量％，优选被加工成具有细小粒径及非常扁平的形态。高岭土颜料具有细小的粒度分布，其特征在于，至少85％的颗粒小于2μm，至少50％的颗粒小于约0.5μm，这些数据是基于用Sedigraph粒度分析仪测量的颗粒计数。所述高岭土具有扁平状形态，其特征为细颗粒和粗颗粒的形状因子均大于15，优选为约20-27。形状因子的计算是基于Sven Lohmander的“用不同方法测定的颜料颗粒的纵横比(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。合适的高岭土颜料包括由Imerys，Rt-1，Dry branch，Georgia 31020在商业上提供的CONTOUR 1500。煅烧高岭粘土为颜料总量的至少5重量％。合适的煅烧颜料包括由Engelhard，101 WoodAvenue，Iselin，New Jersey 08830提供的ANSILEX 93。TiO2颜料的含量为颜料总量的至少2重量％，优选为约3-5重量％。合适的TiO2颜料包括由Dupont(杜邦)提供的RPS VANTAGE。合成的乳胶粘结剂的浓度为颜料总量的至少约12重量份或更多。合适的合成乳胶粘结剂包括由BASF，11501 Steele Creek Road，Charlotte，North Carolina 28273在商业上提供的STYRONAL 4681。合成的增稠剂的浓度为颜料总量的至少约0.05重量份或更多(或辅助粘结剂，其包括羧基甲基纤维素(CMC)或丙烯酸基或基于两者联合的增稠剂)。合适的合成增稠剂包括由BASF在商业上提供的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在商业上提供。
涂布配制品可通过将不同配料共同以一罐法混合而进行制备，或通过先预混合，然后将各种配料组合而进行制备。通常搅拌混合物以使配料均匀化。用Brookfield粘度测定仪在100rpm转速下测得，所得配制品的粘度在约1000cPs至约1500cPs的范围内。在使用时，例如在刮刀涂布机中，涂布配制品的理想固体含量为约53至约55重量％；然而，因为塑料颜料典型地以具有低固体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体含量更通常地在约49至约51重量％的范围内。样品涂布配制品为91％CONTOUR 1500；5％RPS VANTAGE；4％ROPAQUE HP-1055；14份STYRONAL 4681；以及0.7份STYROCOLL FD，涂料的固体含量为50％，Brookfield粘度为1000cPs。
所述涂布配制品应以约2.0-6.0磅/3300平方英尺的重量进行涂布，优选为2.5-5.5磅/3300平方英尺。涂布配制品通常，但并非必需，涂布在纸幅的两面。一般而言，可用第4,250,211和4,512,279号美国专利中描述的任何传统类型的刮刀涂布而涂布所述涂布配制品，和/或用第5,436,030号美国专利中描述的水槽式涂布机，和/或第5,112,653号美国专利中描述的双刮刀涂布机，将这些专利的教导并入本申请中作为参考。另外，涂布配制品可用计量施胶压榨涂布机进行涂布，如Metso′sOptisizer。这里所用的术语刮片或刮刀涂布机，除非特别说明，理解为包括其他相当的计量式技术。第4,780,336号美国专利中描述的刮刀刀片有利地用于提供低涂布重量。优选使用刮刀涂布机进行涂布配制品的涂布，可使原纸表面具有基本上均匀的厚度。涂布过程优选以离线或在线的方式实施。在压光之前，纸幅的水分含量大于5.5％，优选为6.5％，更优选为7.0％。
延长压区压光机然后可将涂布纸用两个具有延长压区的压光机进行压光，优选用底托压区压光机(SNC)，其包括一个热辊和一个软底托支架，如第6,332,953、6,465,074和6,213,009号美国专利所描述的，这里将其教导的内容并入本申请作为参考。在该种压光机中，所述压区是在一个圆柱状压榨辊和一个弓形压榨底托之间形成。后者具有一个圆柱形凹面，其曲率半径与所述圆筒状压榨辊接近。当使辊与底托在物理上相互接近时，则形成压区，该压区在加工方向的长度可比两个压榨辊之间形成的压区长五到十倍。这增加了所谓纤维素纤维纸幅在长压区中的停留时间，同时可使每平方英寸上的压榨压力保持在适当的水平。与传统的超级压光机和热软压光机相比，使用底托压区压光机可保持明显较大的原始松厚度。
使涂布纸通过两个压光压区，纸的每一面对着一个热辊，并用所述压光机压区之一进行处理；每个压光压区是由一个表面温度至少为300°F的压光机辊和一个宽度至少为30mm的支撑底托形成，所述压区提供至少1000磅/线英寸的载荷；经压光的纸保留大于75％的厚度。
与相同重量的传统涂布纸相比，所得涂布纸通常具有以下特征(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)纸的光泽度降低1％-7％，但印刷光泽度相当或提高2％-5％；(5)表面稍粗糙，即在10kg夹紧压力下测得的PPS为1.6-2.6μm(用下述涂料A或B获得的可商购产品的PPS为1.6-1.9μm)；(6)对于相同直径的辊，每辊的重量更轻，表明纸的松厚度更高。
实施例原纸使用以下类型的原纸检验五种32g/m2原纸的效果B1、B1/高机械、B4以及两种经热软预压光的原纸(即B1/预压光和B1/高机械/预压光)。B1和B1/高机械的性能列于表1中。B4原纸与B1原纸类似，只是B4的纸张中添加了较少的湿部淀粉。预压光的原纸比非预压光的原纸具有更光滑的表面，但其厚度降低。表1表明，通过将TMP的含量从30％增加到60％，总机械浆的含量从60％增加到70％，同时仍使纸保持良好的加工运转性能。表2表明，通过将机械纸浆的量从60％增加到70％，厚度从2.85增加到3.03，同时粗糙度和孔隙率略微增加。
涂布配制品“对照”涂料是典型的5号轻质涂料，其含有79％的标准鳞片状高岭土，其中80％的颗粒小于2μm且平均粒径为0.75μm，这些数据是用Sedigraph粒度分析仪测定；7％的白度为93％的煅烧高岭土；7.5％的TiO2；6.5％的空心塑料颜料；8份淀粉；以及12份涂料固体含量为50.7％的苯乙烯-丁二烯(SB)乳胶。
涂料A包含86％的细小扁平状高岭土，其中90％的颗粒小于2μm且平均粒径为0.5μm，这些数据是用Sedigraph粒度分析仪测定；5.5％的空心塑料颜料；14份含丙烯腈(acronitrile)单体的苯乙烯-丁二烯乳胶(SBAn)；以及0.25份固体含量为53.9％的合成增稠剂。
涂料B包含76％的粗糙扁平鳞片状高岭土，其中60％的颗粒小于2μm且平均粒径为1.6μm；10％的白度为93％的煅烧高岭土；8.5％的TiO2；5.5％的空心塑料颜料；12份SBAn乳胶；以及0.25份固体含量为51.1％的合成增稠剂。
涂料C包含86％的细小的工程高岭土，其中99％的颗粒小于2μm且平均粒径为0.21μm；8.5％的TiO2；5.5％的空心塑料颜料；16份SBAn乳胶；以及0.25份固体含量为55.6％的合成增稠剂。
涂布方法使用短驻留的刮刀涂布机，将以下的表3所描述的涂料涂布在表1和表2中所述的原纸上。纸反面的涂布重量为5.7g/m2，纸正面的涂布重量为4.9g/m2。先涂布反面，接着涂布正面。B4原纸以3700fpm进行涂布，其它的原纸以2100fpm进行涂布。最终涂布纸张的水分含量被控制在5.5-6.0％。
表1原纸性质

表2原纸的比较

*每面使用一个压区在350°F和15psi下实施热软预压光表3涂布配制品

压光方法用Metso Paper Inc制造的Optidwell底托压区压光机以3000fpm对上涂布纸进行压光。压光过程以每面一个压区实施，先压光反面，再压光正面。第一压区的热辊温度为350°F，压区宽度为70mm；第二压区的温度为400°F，压区宽度70mm。第一和第二压区的载荷为2300pli。
另外，用“对照”涂料进行涂布的纸也用传统的超级压光机以1000fpm进行压光。超级压光机的辊子温度为190°F，压区的载荷被调整为使B1原纸样品可获得45％的纸张光泽度。同样的超级压光条件也用于用“对照”涂料进行涂布的B4原纸。
涂布纸的性质所有涂布纸张的性质如图1-6所示。印刷性能用四色纸幅胶版印刷在Rochester Institute of technology(RIT)，Rochester，NY进行评估。几个30磅的商用产品也在RIT进行印刷以作为对比。典型的32磅至40磅LWC纸的性质，或工业上的平均性质也汇总并包括在图中以作为对比。厚度(图1)样品是用B1和B4原纸制造，用“对照”涂料进行涂布，在超级压光机中压光，其厚度为1.80-1.83密耳，并与用相同原纸制造并用“对照”涂料进行涂布的商用产品相一致。同样的样品是在底托压区压光机中进行压光，其厚度明显较高(2.18-2.20密耳)，约提高22％。用B1/高机械原纸制备的30磅SNC涂布纸样品具有最厚的厚度，相当于或略优于典型的40磅LWC产品。用预压光纸制备的30磅SNC涂布纸样品的厚度低于其未压光的同类产品，但仍在典型的36-38磅LWC产品的范围内。用B1原纸制备的30磅SNC涂布样品的厚度与典型的40磅LWC纸张相接近。用B4原纸制备的30磅SNC涂布样品的厚度略低于用B1原纸制备的样品，但可比于典型的38磅LWC纸张。
与用涂料A或涂料C涂布的样品相比，用含有粗糙的扁平状高岭土和煅烧高岭土的涂料B涂布的样品具有提高的厚度。总之，无论是否用预压光的原纸制造，30磅SNC纸具有明显增加的厚度，也就是说，与超级压光的同类产品(30磅)相比，其厚度提高了17-27％。如图1所示，明显增加的厚度的主要原因是底托(shoe)压光机可以保持优良的松厚度。因此，提高纸的初始松厚度，同时使用底托压光机可产生最高的最终厚度。
总之，图1表明，用底托压区压光机压光并用“对照”涂料进行涂布的样品的厚度，比其超级压光的同类产品增加约22％。用底托压区压光机压光并用“对照”涂料A、B或C进行涂布的样品的厚度，比用作比较的、具有最高厚度的商用纸张30#Mainebulk增加约12-22％(厚度为2.12-2.32密耳)。涂布配制品对松厚度的影响相对较小，仅用涂料B涂布的样品具有略高的松厚度。主要要求用原纸影响松厚度，也就是说，用预压光的原纸产生较低的厚度，而用机械浆含量较高的原纸产生较高的松厚度。总之，用B1/高机械原纸得到最高的松厚度，接下来是B1原纸、B4原纸、B1/高机械/预压光原纸，然后是B1/预压光原纸。白度(图2)非压光原纸较高的厚度产生的白度高于预压光的原纸。当比较用“对照”涂料进行涂布的样品时，在SNC中修整的样品与用超级压光机压光的样品相比具有更高的白度。这是由于相对较弱的压力以及底托压区压光机明显较少的压区数目。用涂料A或涂料B涂布的样品具有相似的白度性能，其白度高于用涂料C涂布的样品。一般而言，SNC样品的白度在72.7-74.5％的范围内，明显高于商用样品(30磅)以及工业用样品(32-40磅)。
总之，图2表明，用“对照”涂料涂布的底托压光机压光的纸与用超级压光机压光的同类产品相比，其白度高约1.1-3.1个百分点。若用涂料A代替“对照”涂料，则白度高0.2-0.6个百分点。用涂料B涂布的样品具有可相比的白度。用涂料C涂布的样品的白度降低0.3-0.5个百分点。提高机械浆在原纸中的含量会使白度降低。预压光原纸的白度可比于或略优于其非预压光的同类产品。总之，用B1、B1/预压光、或B1/高机械/预压光的原纸、并用涂料A或涂料B涂布的样品具有优良的白度。
不透明度(图3)与白度性能相似，不透明度也高度取决于原纸的类型。用未压光的原纸(B1和B4)，特别是机械浆含量较高的原纸，产生较高的不透明度。用涂料A或涂料B(均含有扁平状高岭土)涂布的样品具有相似的不透明度，其不透明度均高于用涂料C涂布的样品或用“对照”涂料涂布的样品。除用涂料C涂布并用B4原纸制造的样品，SNC样品的不透明度明显高于商用样品(30磅)和工业用样品(32-40磅)。
总之，图3表明，用底托压光机压光并用“对照”涂料涂布的纸张的不透明度比用超级压光机压光的同类产品高约2.0-2.5个百分点。用涂料A或涂料B代替“对照”涂料，于原纸上(包括B1、B1/预压光、B1/高机械和B1/高机械/预压光的原纸)产生的不透明度比用涂料C涂布的样品高约1个百分点，其产生的不透明度低约1个百分点。预压光的原纸产生的不透明度比非预压光的同类产品低0.1-0.8个百分点。总之，用涂料A涂布并用B1/高机械原纸制造的样品具有最高的不透明度，接下来是用涂料A或涂料B涂布并用B1、B1/预压光或B1/高机械/预压光的原纸制造的样品。
75°TAPPI纸张光泽度(图4)用“对照”涂料涂布并在SNC中修整的样品的光泽度明显低于在超级压光机中修整的样品。事实上，SNC样品仅具有31-33％的光泽度，明显低于30磅的商用样品。此外，含淀粉的“对照”涂料的光泽度性能差于不含淀粉的涂料A、B和C。能达到40％光泽度的样品仅为用涂料A或涂料C涂布的样品。一般而言，具有更光滑表面和更低孔隙率的B4原纸和预压光的原纸，给出提高的纸张光泽度。用B4原纸制备并用涂料C涂布的样品具有最高的光泽度(50％)。
总之，图4表明，用“对照”涂料涂布并用底托压光机压光的纸张的光泽度比用超级压光机压光的同类产品低约15-20个百分点。用涂料A代替“对照”涂料，产生的纸张光泽度增加约9-12个百分点；用涂料B代替，产生的纸张光泽度增加约2-5个百分点；用涂料C代替，产生的纸张光泽度增加约12-17个百分点。实施预压光产生的纸张光泽度提高2-5个百分点。总之，用涂料C涂布的纸张的光泽度高于用涂料A涂布的纸，用涂料B涂布的纸具有最低的纸张光泽度。
以印刷表面粗糙度测量的表面平滑度(图5)用“对照”涂料涂布并在SNC中修整的样品，与在超级压光机中修整的样品相比，具有较差的印刷表面粗糙度(PPS)，或更粗糙的表面。所述PPS性能不仅取决于压光方法，而且取决于原纸和涂布的种类。例如，诸如B1原纸的较粗糙原纸的PPS比诸如B4原纸的较平滑原纸差。出于同样的理由，与未压光原纸相比，用来提高原纸平滑度的预压光过程也使PPS提高。含有扁平状高岭土的涂料A和B得到的PPS优于含有细小加工的高岭土的涂料C。因此，SNC样品的PPS比商用样品(30磅)以及通常的工业样品(32-40磅)差。
总之，图5表明，用“对照”涂料涂布并用底托压区压光机压光的纸张的PPS比用超级压光机压光的同类产品高约0.1-0.9个百分点。用涂料A代替“对照”涂料，使PPS降低约0.1-0.6个百分点。用涂料B代替，使PPS降低约0.1-0.4个百分点。用涂料C代替“对照”涂料给出的PPS提高0.2-0.3个百分点。预压光过程使PPS降低0.1-0.5个百分点。总之，所有用涂料A或涂料B涂布的原纸给出可商购的PPS，即1.6-1.9μm。
印刷光泽度(图6)印刷光泽度是用RIT纸幅胶版印刷信号在四色黑区域中进行测量。与用“对照”涂料进行涂布的样品比较时发现，用超级压光机压光的样品比SNC样品的印刷光泽度更高，这主要是由于用超级压光机压光的样品具有较高的纸张光泽度。印刷光泽度性能与纸张光度相类似，也取决于原纸的平滑度和孔隙率，也就是说，B4和预压光的原纸表面越平滑、孔隙率越低，则印刷光泽度越高。涂料A、B和C与“对照”涂料相比，给出更优的印刷光泽度。SNC样品通常显示出相当于或优于30磅商用纸张的印刷光泽度。在所有SNC样品中，用B4原纸制备并用涂料A涂布的样品具有最高的印刷光泽度。
总之，用“对照”涂料涂布并用底托压区压光机压光的纸张的印刷光泽度，比用超级压光机压光的同类产品低约7个百分点。用涂料A代替“对照”涂料，给出的印刷光泽度提高10-12个百分点；用涂料B代替，可提高4-8个百分点；用涂料C代替，可提高4-10个百分点。预压光过程使印刷光泽度提高1-5个百分点。总之，用涂料A、B或C涂布并用底托压光机压光的纸张的印刷光泽度至少可与商用纸张相比较。
虽然本发明的描述中参考了优选的具体实施方案，其应在示意性而非限制的意义上构成。本领域技术人员可以根据本发明公开的内容做出大量的修改。例如，可以使用不同的乳胶和颜料。所有这些变化和修改均在本发明的范围精神之内。
权利要求
1.一种制造轻量松厚涂布纸的方法，其包括以下步骤(a)生成一种包含机械浆和化学浆的纤维配料；(b)由所述纤维配料形成纸幅；(c)从所述纸幅中去除水；(d)将一种涂料以每面至少2.0磅/3300平方英尺的涂布重量涂布在所述纸幅的各表面上，从而形成水分含量大于5.5％且厚度大于2.6密耳的涂布纸幅；(e)使该涂布纸幅通过两个具有延长压区的压光机，纸的每一面朝向一个热辊，并用所述压光机的压区之一进行处理；其中每个压光压区是由一个表面温度至少为300°F的压光辊和一个宽度至少为30mm的衬垫底托形成的，所述压区提供至少为1000磅/线英寸的载荷；而且经压光的纸保持大于75％的厚度。
2.如权利要求1的方法，其中所述纸是5号胶版印刷轻量涂布纸。
3.如权利要求1的方法，其中所述配料包含至少40％的机械浆。
4.如权利要求3的方法，其中所述配料包含约60-80％的机械浆。
5.如权利要求1的方法，其中所述涂料的涂布重量为每面2.0-6.0磅/3300平方英尺。
6.如权利要求1的方法，其中所述涂布纸幅的水分含量大于6.5％。
7.如权利要求1的方法，其中所述涂布纸幅的水分含量大于7.0％。
8.如权利要求1的方法，其中所述涂料包括空心塑料颜料；高岭土颜料；煅烧高岭粘土；二氧化钛颜料；合成乳胶粘结剂；以及合成增稠剂，或辅助粘结剂，其包括羧基甲基纤维素或丙烯酸基或基于两者联合的增稠剂。
9.如权利要求8的方法，其中所述涂料还包括沉淀碳酸钙或研磨碳酸钙。
10.如权利要求8的方法，其中所述空心塑料颜料的含量为颜料总量的至少约2重量％。
11.如权利要求8的方法，其中所述空心塑料颜料的含量为颜料总量的约3-5重量％。
12.如权利要求8的方法，其中所述高岭土颜料具有细小的粒度分布，其特征在于，至少85％的所述颗粒小于2μm，至少50％的所述颗粒小于0.5μm，这些数据是基于使用Sedigraph粒度分析仪测量的颗粒计数。
13.如权利要求8的方法，其中所述高岭土颜料具有扁平状形态，其特征为细颗粒和粗颗粒的形状因子均大于15。
14.如权利要求8的方法，其中所述高岭土颜料具有扁平状形态，其特征为细颗粒和粗颗粒的形状因子约为20-27。
15.如权利要求8的方法，其中所述高岭土颜料的含量为颜料总量的至少70重量％。
16.如权利要求8的方法，其中所述高岭土颜料的含量为颜料总量的80-100重量％。
17.如权利要求8的方法，其中所述二氧化钛的含量为至少约2％。
18.如权利要求11的方法，其中所述二氧化钛的含量为约3-5％。
19.如权利要求1的方法，其中所述涂料优选用刮刀涂布机或计量施胶压榨涂布机进行涂布。
20.如权利要求1的方法，其中所述压光机是底托压区压光机，所述底托压区的宽度在约40mm-约80mm的范围内，压光温度至少为300°F，压区载荷为1700-2400磅/线英寸。
21.如权利要求1的方法，其中所述压光纸具有28-38磅/3300平方英寸的基重、35％或更高的75°TAPPI光泽度以及至少2.15密耳的厚度。
22.一种制造超松厚的胶版印刷轻量涂布纸的方法，其包括(a)生成一种包含至少40％机械浆的纤维配料；(b)由所述纤维配料形成纸幅；(c)从所述纸幅中去除水；(d)使用刮刀涂布机以每面至少2.0磅/3300平方英尺的涂布重量涂布在所述纸幅的各表面上，从而形成水分含量至少为5.5％的涂布纸幅；(e)使该涂布纸幅通过两个具有延长压区的压光机，纸的每一面朝向一个热辊，并用所述压光机的压区之一进行处理；其中每个压光压区是由一个表面温度至少为300°F的压光辊和一个宽度至少为30mm的衬垫底托压区形成的，所述压区提供至少为1000磅/线英寸的载荷，而且经压光的纸保持大于75％的厚度；其中所述涂料含有(i)含量为颜料总量的至少约2重量％的空心塑料颜料；(ii)含量为颜料总量的至少约70重量％的高岭土颜料，所述高岭土颜料具有细小的粒度分布，其特征在于，至少85％的所述颗粒小于2μm，至少50％的所述颗粒小于0.5μm，并具有扁平状形态，其特征为细颗粒和粗颗粒的形状因子均大于15，优选为20-27；(iii)含量为颜料总量的至少约2重量％的二氧化钛；(iv)含量为颜料总量的至少5重量％的煅烧高岭土；(v)浓度为颜料总量的至少约12重量份或更多的合成乳胶；(vi)浓度为颜料总量的至少约0.05重量份或更多的合成增稠剂；其中，经修整的涂布纸具有28-38磅/33平方英尺的基重、35％或更高的75°TAPPI光泽度以及至少2.15密耳的厚度，相对于用超级压光机压光的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、不透明度和印刷光泽度。
全文摘要
本发明涉及一种制造松厚轻量纸产品的方法，其包括对含优质磨木纸浆的原纸用特殊配制的涂料进行刮刀涂布、然后将得到的纸幅通过两个具有延长压区的压光机，每一个压光机对应纸的一面。结果，涂布纸的密度降低了，同时保持了可与重质纸相当的挺度和不透明度。
文档编号D21H19/42GK1723317SQ200380104201
公开日2006年1月18日 申请日期2003年11月25日 优先权日2002年11月26日
发明者秦祥和, 汪小芹, 彼得·韦韦尔卡 申请人:国际纸业公司