专利名称：纤维网状物的细菌性纤维素表面处理的制作方法
本申请是1988年3月10日提交的第166283号美国专利申请的部分继续申请，而第166283号又是1987年5月4日提交的第045985号申请的部分继续申请。
本发明涉及用含细菌性纤维素进行表面处理的纤维网产物以及用细菌性纤维素对纤维网状物进行表面处理的方法。特别有用的细菌性纤维素是对在搅拌条件下生产纤维素的醋杆菌属(Acetobacter)用遗传学方法选，择出的微生物进行通气搅拌培养所产生的。用经过细菌性纤维素表面处理的纸具有与用胶版纸相同或接近的质量。
多年来，人们就已知某些细菌能合成纤维素，特别是醋杆菌属的细菌。然而，分类学家们至今对醋杆菌属的纤维素生产菌的分类还未达到统一。例如，在美国标准培养物收集中心(ATCC)第15期的目录中所列出的第10245号，10821号和23769号就被同时分类为醋化醋杆菌木质亚种(Acetobacteracetisubsp.xylinum)和巴氏醋杆菌(AcetobacterPasteurianus)。就本发明目的而言，醋杆菌属内的任何能在搅拌条件下产生纤维素的菌种及其变种均被认为是用于本发明目的的适宜的纤维素生产菌。
醋化醋杆菌木质亚种(Acetobacteracetisubsp，xylinum)通常是在静态条件下培养，纤维素微纤维产生于空气和培养基的交界面。该种的大多数细菌在搅拌培养条件下生长时均无法大量产生纤维素。其原因之一被认为是搅拌培养引起了向非纤维素生产菌突变的倾向。与之相反，本发明的醋杆菌的特征是在搅拌培养下能产生大量纤维素且又没显示出导致在培养中纤维素产量减少的不稳定性。
早些的于1985年10月18日提交的美国专利申请第788915号揭示了在搅拌培养条件下大量生产纤维素的醋杆菌的许多变种。由这些微生物生产的纤维素以及该申请中揭示的培养条件均表现为特殊类型的，物理结构上与静态培养所产生的细菌纤维素有着很大的不同。它具有分支的、三维的网状结构。静态培养所产生的常规的纤维素膜大多倾向于具有层状结构且分支也很少。本发明涉及使用这样的微生物在搅拌培养条件下产生的细菌性纤维素对纤维网状物进行表面处理。
美国专利第4588400号(1982年12月申请)揭示了静态生产纤维素的条件，其中，在细胞生长和产生纤维素的时期使培养物处于几乎不动的条件下。还揭示了在静态或几乎不动条件下纤维素微纤维的形成，并指明该微纤维最后适作伤口敷料。间断搅拌则产生长度不大的细纤维，其长度由细纤维线性增长率和从微生物表面搅拌剪切下细纤维的时间来决定。但是，该专利申请没有揭示出连续搅拌对纤维素产物和在静态或搅拌条件下生产多分支、三维网状纤维结构的影响，也未揭示出用细菌性纤维素对纤维网状物进行表面处理。
通常为商业和印刷业用纸提供优质印刷表面的表面处理，一般均为含有粘土，乳汁和淀粉结合剂的混合物。典型的情况是，用涂层器将混合物涂于印刷表面上，干燥后，将涂过的表面通过高度砑光机则可获得最终的表面特性。
本发明包括将细菌性纤维素涂敷于纤维网状物的至少一面之上。这种涂敷的产品种类繁多并且包括适用于精美杂志的印刷纸张。用常规的纸张生产设备即可，如包括改良型长网造纸机，多层或双网造纸机。
细菌性纤维素可以在湿成型时使用，如从网前箱出来，或用施胶压榨或机外涂布施于干纸的全部或局部。在施用了细菌性纤维素后，用常规砑光处理就可使光泽度及其它的重要印刷特性如平滑度等得到明显改善。用细菌性纤维素进行过表面处理的纤维网状物在经加热和压力后可提高印刷性质。以这种方法，即使不使用复杂的涂层技术或超级砑光机，也可以获得具有优良印刷表面的纸张。如使用超级砑光机，则可使纸张的性质如平整性得到更大的改进。
优选的将细菌性纤维素施于纤维网状物上的方法是施胶压榨或机外涂布。其可以比在湿态时更有效地τ孟妇韵宋亍５卑严妇韵宋刈魑坎闶褂檬保叛∶扛鐾娌淮笥 0Kg/T，以不大于5Kg/T为更好。如使用后一标准的一半是或更少一些，则所涂敷的纸的印刷特性得到明显的改善。当进行细菌性纤维素涂层时，则以纤维网状物或纸的含水量不大于约10%为更好。大多数情况下，含水量应在约2-8%。
此外，细菌性纤维素可结合有其它物质，如无机或有机色素、填料和淀粉，或其它聚合添加剂，以得到不同的性质，仅用细菌性纤维素进行表面处理，提高了表面性质如光泽度，平滑度，着墨性能，以及表面强度。
用低浓度细菌性纤维素进行过表面处理的薄层产物在墨迹光泽和纸张光泽之间产生的区分或“差异”(Snap)比许多商品化的胶印和轮转印刷材料都高。此外，与未处理的对照纸相比，细菌性纤维素处理的产物显示出了更高的纸张平滑度和着墨性能。
本发明中所用的术语“细菌性纤维素”指的是在搅拌条件下培养醋杆菌属(Acetobacter)细菌所得到的且又几乎不含残余细菌细胞的产物。所用的菌种可以是任何与ATCC53-263号菌有着相似生长特性的菌，ATCC53-263是依据布达佩斯条约于1985年9月13日保藏于ATCC的。
本发明的目的是单独用细菌性纤维素或其与另外物质相结合来对纤维网状物进行表面处理的方法。
本发明的另一目的是提供具有改善了的表面特性如光泽度、平滑度、着墨性能的优质纸产品。
本发明的再一目的是用常规纸张设备提供优良的印刷表面。
在结合随后所述的详述部分以及附图之后，上述的目的以及其它的目的将是很明显的。
图1比较了纸张的光泽度和印墨的光泽度以表明各种纸张的光泽度差异。
图2比较了光泽度与所用细菌性纤维素百分比(%)的关系，以表明细菌性纤维素涂层对轻重量涂敷纸的光泽度的影响。
图3和4是扫描电镜图像，其中的标尺为50微米。图3是没有细菌性纤维素表面涂层的经砑光的Nobel和Wood纸的对照样品的电镜图像。图4是有表面细菌性纤维素涂层的经砑光的Nobel和Wood纸的电镜图像。
参照以下的实施例可以充分地明了本发明的方法。
实施例1细菌性纤维素的生产本发明的细菌性纤维素是以醋化醋杆菌木质变种(Acetobecteracetivar，xylinum)作为于1985年9月13日依据布达佩斯条约保存的ATCC第53-263号菌的亚培养物，在与下述实施例1相似的条件下搅拌培养而产生的。
以下的基本培养基将用于所有的培养中。此后将称为CSL培养基。
成分终浓度(mM)(NH4)2SO425KH2PO47.3MgSO41.0FeSO40.013CaCl20.10
NaMoO40.001ZnSO40.006MnSO40.006CuSO40.0002复合维生素10ml/L碳源10ml/L玉米浸出液10ml/L消泡剂0.01%v/v该培养基的最终PH为5.0±0.2。
复合维生素的组成如下成分浓度mg/L肌醇200烟酸40盐酸吡哆醇40盐酸硫胺素40泛酸钙20核黄素20对氨基苯甲酸20叶酸0.2生物素0.2玉米浸出液(CSL)的组分根据其来源和加工方法的不同而有所不同。
从美国加洲得到的一种产品LotE804(CornProductsUnit，CPCNorthAmerica，StocktoCalifornia)即为其一种，组成如下
主要组分%固体43.8粗蛋白18.4脂肪0.5粗纤维0.1灰分6.9钙0.02磷1.3非氮提取物17.8非蛋白氮1.4氯化钠0.5钾1.8还原糖2.9淀粉1.6上述物质的PH为约4.5。
以4%(w/v)葡萄糖作为碳源并和5%(w/v)CSL作为CSL培养基繁殖细菌作为前菌种培养物。将该培养物接种含于750mlFalcon3028组织培养瓶中的100ml上述培养基，以30℃培养48小时。将培养瓶内的所有成分混合后以得到5%(v/v)的种子培养物接种菌。将前菌种成条于培养盘中，检验其同质性和可能出现的污染。
在含400ml上述培养基的2升烧瓶中培养种子培养物，将烧瓶置于每分钟旋转125转的颠倒摇床上以30℃培养2天。混合种子培养物，使用前成条以检验有无污染。
在连续搅拌的14升Chemap发酵罐中，用5%(v/v)种子培养物接种过的12升培养物来生产细菌性纤维素。培养基中葡萄糖初始浓度为32g/L，在72小时的发酵过程中不时地以143g/L补充之。相似地，分别在32小时和59小时加入等于初始体积2%(v/v)的CSL，使初始的2%(v/v)CSL浓度得到增加。在发酵过程中纤维素的浓度达到大约12.7g/L。在整个发酵过程中，溶解氧保持在大约30%空气饱和度。
发酵后，静置纤维素，倾出上清液。用去离子水洗剩下的纤维素，再用0.5MNaOH溶液在60℃萃取2小时。萃取后，再用去离子水洗纤维素去除残余的碱和细菌细胞。近期的工作表明0.1MNaOH溶液完全适合萃取步骤。将纯化的纤维素保持在湿的条件下以备使用。这种材料可以溶于水形成均匀的浆液。
后述各实施例中所用的细菌性纤维素是分别在250升和6000升发酵罐中制备的。
按如上所述的在搅动或搅拌条件下生产的细菌性纤维素与常规静态培养产生的纤维素在微结构上有着很大的不同。它是由具相互连接的分支纤维素纤维的基本上连续的网状结构所形成的网状产物。
上述搅拌发酵所制备的细菌性纤维素的纤维宽度比针叶木浆纤维和棉纤维要细得多。这些纤维的典型宽度约为0.05-0.20微米，其长度则随连续的网状结构而不同。针叶木浆纤维的平均宽度约为30微米且长度为2-5毫米，棉纤维的宽度约为其一半，长度约为25毫米。
实施例2在滤纸上涂敷细菌性纤维素和粘土的方法按与实施例1相似的方法生产的本发明的细菌性纤维素(“BAC”)，特别是批号A-085，在表面涂敷前、先用稀盐酸和水洗，使其PH达到7-8之间，然后结合粘土，100%的对照物除外。以平均重为78.9g/m2的whatman 541号滤纸作为底纸，在其上进行各种配方的BAC/粘土混合物的涂敷。所用的粘土是Hydraprint，高岭土，由J.M.Huber ofMacow，Geogia得到的2号分级标准的成分。在与粘土结合以及随后的稀释之前，所用的BAC的固体含量为6.6%。与BAC结合之前，粘土为100%固体含量形式。BAC/粘土表面涂敷加上滤纸的目标基本重量为80-90g/m2。
表1样品BAC/粘土%BAC湿重(g)粘土干重(g)1100/03.030.00275/252.270.05350/501.520.10425/750.760.1550/1000.000.2060/0仅用whatman541号纸涂敷滤纸的面积为0.02m2。将滤纸放在英国纸模中的成型网上进行涂敷。关闭该模具，将约2升的水倾倒在滤纸的上部。BAC和粘土加到1.5升水中。将该BAC/粘土溶液以及100%对照放在英国离解机中以3000RPM离解约4分钟，然后将每种样品加到模具内的水中。将水加上BAC/粘土溶液通气搅动10秒钟，然后经过滤纸滤干。滤出水后，将滤纸置于TAPPI压榨机中以345KPa压榨5分钟。将第二张滤纸放在涂敷过的滤纸上面以防止BAC/粘土附着在压滤纸上。将压滤过的滤纸放在蒸气干燥鼓中以约110℃干燥。用相似的方法处理不含BAC/粘土的对照滤纸，不同之处在于通过压紧的滤纸的水中不含任何BAC/粘土。将各样品调至相对湿度为50%(RH)，然后在204℃(400°F)砑光，每分钟500英尺(每分钟152.4米)，800PLI(或约6500psi峰值，或4700psi平均值)(1.4×105牛顿/米或约4.48×105KPa峰值或3.24×105KPa平均值)。
实施例3BAC/粘土涂敷的滤纸的光泽度，印墨密度，粗糙度和气孔度的比较由实施例2的方法所获的经加工和砑光的样品按下述试验程序试验其各种性能，结果例于表2和表3。砑光能使样品的光泽度得到提高。含100%BAC的和含75/25%BAC的样品具有优于仅含粘土或主要含粘土的样品的可印刷性。含BAC的样品显示出良好的光泽度，且印墨光泽与纸张光泽的差度为20度。纸的光泽度是纸表面对光的反射。根据TAPPI标准方法T480和ASTM1223-63T，用HunterlabModularD48D光泽计以75度角将一束光线照射到纸表面上。则纸张光泽与印墨光泽之间的差异以度来衡量，并称之为“Snap”。
含100%BAC和含75/25%BAC的样品的印墨密度极好。印墨密度是测量印刷象点的相对黑度的、与纸面着墨性能有关。测量印墨密度是为了确定印刷象点是否在印刷过程中具有一致的密度，或是确定印墨复盖是否适当。印墨密度是用改进型Prufbau-minidens密度计测定的。对每个样品检测11cm，得到280个数据，以及最终平均值和标准误差。所用的印墨是标准的快干胶印型油基印墨。下列的表2给出了上述的性质。
表2光泽度＊及印墨密度涂敷＊＊样品BAC/粘土%纸张光泽度印墨光泽度印墨密度1无24.720.51.442100/043.162.71.89375/2537.360.51.84450/5041.547.21.65525/7544.332.41.4560/10021.823.21.13＊光泽度值为75度角反射的百分值＊＊在各种情况下的实用水平相当于每张底纸12g/m2至78g/m2。样品5和6并未保持全部的粘土。在4.5和6号样品中见到了大量的粘土掉粉。
下列表3给出了气孔度和粗糙度。粗糙以平均粗糙度表示，即在所划出的样品长度中在基准线(或电学平均线)上和下突出的纸面边缘的算术平均值。测量平均粗糙度使用的是由PrecisionIndustriesofDesPlaires，Illinois提供的Taylor-HobsonTallysurf10号轮廓仪，根据的是Tayler-Hobson所撰Tallysurf10operationHandbook。
表3粗糙度及气孔度样品涂敷Gurley气孔度平均粗糙度BAC/粘土秒/100ml微米(S.D)1无2.502.24(0.01)2100/0＞60，0001.13(0.03)375/2567001.22(0.01)450/5014001.23(0.13)525/752201.25(0.08)60/1005.81.81(仅一个样品)表3的结果表明，含BAC的样品具有能填补底纸表面孔和坑的良好特性，从而对样品的气孔度和平滑度有着很大的影响。平滑度与上述表3中的粗糙度系数有反比关系，因而，粗糙度值越小，则样品的表面就越平滑。
100%BAC样品的极高的结果，以及随BAC含量的降低且粘土含量升高使结果值降低均说明了BAC对气孔度和平滑度的直接影响。
实施例4在轻量纸上加重的以不同百分数涂敷细菌性纤维素的方法按与实施例1相似的条件产生的本发明的BAC，特别是批号A-085，用稀盐酸和水洗使其PH为7-8，100%的对照则除外，其仅为轻量底纸。以平均重量为48.8g/m2的50%牛皮纸50%全部南方松的热机纸浆(“TMP”)的轻量底纸作为涂敷BAC的底纸。从底纸上切下一块直径为15cm圆片，得到平均重量为0.76g/张的底纸。切下后，圆纸片在水中浸透。将该圆片置于多孔过滤漏斗(Buchner漏斗)中，且使网面向上。仅使网面涂敷了以干重计为圆片重量1，3，5和10%的BAC。下述表4给出了实际上所加的BAC湿重值(克)，并给出所加BAC重量的百分值。
表4样品所加物干重的百分值湿重BAC＊(克)8511%0.188533%0.548555%0.90851010%1.81＊该BAC的固体含量为4.2%在加到含圆片的多孔过滤漏斗之前，将BAC溶液在英国离解机内以3000R PM处理约4分钟，然后加到多孔过滤漏斗中。抽吸排干，然后每种样品在TAPPI压榨机的吸滤纸垫之间以345KPa压滤5分钟。经压滤的涂敷过的样品圆片用蒸气干燥热鼓以110℃干燥。对照的底纸用相同的方式处理。不同之处在于通过多孔过滤漏斗的溶液仅为水。每种样品均调至50%RH，然后砑光，204℃，500FRM(152.4米/分)，800PLI(或约6500psi峰值，或4700psi平均值)(每米1.4×105牛顿，或约4.48×105峰值，或3.24×105KPa平均值)。
实施例5用BAC涂敷的底纸与其它类型纸在光泽度，印墨浓度，粗糙度、表面强度和亮度%等性质的比较下述表5及附图1给出了依上述实施例4制备的BAC涂敷底纸与其它纸张在光泽度和印墨密度的比较结果。表5给出了纸张的光泽度、印墨光泽度、光泽度差异和印墨密度等数值。光泽度差异或称Snep表示了印刷墨迹的光泽度与背纸光泽度的差异。所用的印墨是标准快干胶印型油基印墨。测定光泽度的方法与实施例3相同。如上述实施例4所述，测定光泽度的对照是未涂敷的底纸。
印墨密度的测定如实施例3。印墨密度是印刷像点的相对黑度的测度，并且与纸表面的着墨性能有关。
表5光泽度＊和印墨密度样品纸光泽度印墨光泽度光泽度差异印芏 85131.843.011.11.4185335.648.713.01.4685541.153.312.21.49851039.652.312.81.50对照29.234.85.61.33胶印＊＊56.273.817.61.49轮转印＊＊＊58.673.014.41.34＊光泽度值为75度角反射的百分比。
＊＊胶印指商品级胶印纸＊＊＊轮转印指商品级轮转印刷纸。
表5给出了BAC涂敷纸与商品化胶印及轮转印纸在光泽度上的差异。例如，3%BAC涂敷纸的光泽差异就与涂敷约20%的轮转印纸几乎相等，这就显示出用较少的材料得到相近光泽度的能力。图1给出了印墨光泽度和纸张光泽度相对涂敷于纸面上BAC百分数的差异，显示出了以较少的BAC百分数量可得到光泽度的高度差异。
就印墨密度而言，其结果与商品级胶印纸和轮转印纸的结果相似、而后两者的涂敷水平就高得多了。
下述表6给出了按上述实施例4制备的BAC涂敷底纸与胶印和轮转印纸在粗糙度、表面强度和亮度下降等性质。粗糙度的测定方法如实施例3。
表面强度或IGT印刷粘着性能测量了在印刷压区的压力下拾起纸张表面的阻力。表面强度或IGT印刷粘着性能的测量记录了用标准试验油墨印刷过之后的第一个可见的掉粉(或表面的皱纹)。IGT值称作VVP，即印刷速度乘以标准试验油墨的粘度。测量IGT印刷粘着性能用的是标准的IGT印刷力测定器AIC2，由TechnographicsInstrumentsofSanAugelo，Texas提供。IGTAE着墨装置使用0.294千泊标准试验印油，印刷1cm铝印盘。
印墨密度和%亮度下降(K和N试验)测试表明了印墨/印油的复盖能力。印墨/印油的复盖能力表示了表面对油穿透的阻力。测定亮度下降或K和N亮度下降量，要在将K和N印墨施于样品之前先测量样品的亮度。然后将K和N标准试验印墨施于表面并放置2分钟，然后，用软布或纸巾擦K和N印墨。然后用TechnidyneModelS-4光亮度试验器测定印有K和N印墨表面区。将该数值除以起始的亮度值，得到亮度百分值。该数值是纸张吸油的特征指标。所有样品均用K和N试验印墨。TechnidyneModelS-4光亮度测定器由TechnidyneCorporationofNew
实施例6在Nobel-Wood机器上的表面涂敷应用Nobel-WoodPilot造纸机用于制造双层纸，其底层占纸张总重95%，上层占5%。底层的纸是50%亚硫酸化硬木和50%TMP南方松软木纸。其制备过程是将50/50亚硫酸化硬木(400-500CSF)和TMP南方松软木(约70CSF)混合而制成，结果是混合物为125CSF。
依据实施例1的方法，用6000升的搅拌发酵罐生产出批号为A-126的BAC，将其分成两个试验部分。第一部分的BAC的稠度约为13%，包括16个试样，每个试样稠度为1.5%且为30gOD，将其放在英国离解器中30分钟。合并16个试样，放在400升混合罐中1小时。混合后，用水将合并的试样稀释至稠度为0.76g/L(稠度为0.076%)。第二试验部分BAC，由稠度为约13%的BAC组成，先不放在英国离解器中，先稀释至稠度约0.76g/L(稠度0.076%)，然后放在400升混合罐中搅拌约45分钟。因而，第一与第二试验部分的区别在于，第一部分先放在英国离解器中然后再放在混合罐中，但第二部分则不放在英国离解器中，而是只放在混合罐中。因此，以后称第一部分为精制BAC，称第二部分为常规BAC。
BAC浆液(仅管在不同的地方使用了精制BAC与常规BAC，但“浆液”一词则指通过上述方法得到的最终稠度为0.076%的BAC，BAC浆液则指精制和常规BAC)通过Nobel-Wood造纸机的第二排网前箱形成表面层。第二排刚好位于底层纸干燥线之后，此处正是底层纸的固体含量为约5-6%的地方。形成的底层纸为66g/m2OD，且如前所述，通过第二排网前箱加入BAC，速率为每分钟9升BAC浆液，另外，用软管以每分钟5升的速率加水稀释BAC浆液，所得稀释物也在第二排网前箱处加入。此后，关掉BAC的加入泵，将软管的水流调至约每分钟14升，用约30分钟的时间形成对照纸。对照纸只有底层纸，在原来的BAC/水流中去除了BAC，通过第二排箱的水流速率与BAC/水流的速率相等。施用了BAC浆液之后纸张按照常规通过Nobel-Wood造纸机加工。所得的纸卷以50%RH保存直至进行压光，压光如实施例4所述。
实施例7由Nobel-Wood造纸机制造的BAC涂敷纸与其它纸的性质比较(1)BAC涂敷纸与其它纸的光泽度比较下述表7和附图2表明了这样的结果，即由Nobel-Wood造纸机按上述实施例6所述的方法生产的BAC涂敷纸与其它的纸相比，具有优越的光泽度，特别是Snap性质。Snap指印刷墨迹与纸张未印之处光泽度的差异。BAC涂敷纸的优越的Snap性质是很有价值的，因为它使印墨对光的反射比纸对光的反射更为突出。这种性质对以Snap特性来加强印字和图案的效果的杂志印刷和广告印刷来说是非常有用的。Snap性质越大，则印刷物对读者来说就越具有跃然纸上的效果。所用的印墨是标准快干胶印型油基印墨。光泽度的测定如上述实施例3。检测定光泽度的对照物是如上述实施例6由Nobel-Wood造纸机制造的未涂敷的纸。
Albany，Indiana提供。
表6粗造度(表面平滑度)，表面强度和%亮度下降表面平整度样品纸粗糙度(μ)印墨粗糙度(μ)表面强度IGT%亮度下降8511.691.567.322.88531.541.728.33.78551.571.676.610.185101.601.898.34.6对照1.701.8910.137.4胶印0.750.8223.235.2轮转印0.900.916.516.4应当提及的是，实验性的BAC涂敷纸比商品化的纸要粗糙一些，因为后者在涂敷后还经过起级砑光机加工。因为胶印纸是经过高度涂敷和加工以提供很高的表面强度，所以表面强度是胶印纸的重要参数。胶印过程对纸张表面要求特殊，因而，胶印纸的涂敷就要满足这些要求。实验性BAC涂敷纸给出了要得到与轮转印纸相似的表面强度所需的少量的BAC涂敷值，轮转纸的涂敷度很高。
就%亮度下降而言，BAC涂敷纸证明，其数值不高就可以达到很高的着墨能力，特别是相对空白对照而言，BAC涂敷纸显示出了较低的%亮度下降，因而，具有比未涂敷的对照纸更好的印墨/印油着墨性能。
表7光泽度＊样品种类纸光泽度印墨光泽度光泽度差1-2对照31.234.53.32-2常规BAC38.362.724.43-2精制BAC35.161.025.910-2胶印57.975.317.411-2轮转印49.565.516.0＊光泽度的数值是以75度角反射光的百分数＊＊常规BAC是只在混合罐中分散的BAC＊＊＊精制BAC是如实施例6所述先在英国离解器中分散后又在混合罐中混合的BAC。
表7和附图2表明BAC涂敷的Snap特性或光泽度差异比商品级纸张的要优越得多。
(2)BAC涂敷纸和其它纸在印墨密度和%亮度下降等性质的比较下述表8表明，由Nobel-Wood造纸机制造的BAC涂敷纸与其它品级的纸如胶印纸和轮转印纸相比具有更优越的%亮度下降和印墨密度性质。印墨密度的测定如实施例3。%亮度下降或K和N亮度下降的测量如上述实施例5。对照物选用如上述实施例6所述用Nobel-Wood造纸机制造的未涂敷的纸。
表8印墨密度和%亮度下降样品品种印墨密度%亮度下降1-2对照1.4142.82-2常规BAC1.719.43-2精制BAC1.698.010-2胶印1.8017.311-2轮转印1.6731.0如表8的结果所证明，含BAC的样品在纸张表面具有非常有利的保持印墨的能力，即限制印墨渗透到纸中。此外，BAC涂敷纸显示出优越的%亮度下降的结果。
BAC涂敷纸与其它纸在表面平滑度和表面强度上的比较下述表9表明了BAC涂敷纸具有比其它纸张更为优越的平滑度和表面强度。附图3和4给出了BAC涂敷纸与对照纸在表面平滑度上比较的证据。表3和表4分别表明有BAC涂层和没有BAC涂层的未印刷纸的粗糙度的表面平滑度的测量值比较。表面平滑度还表明该表面接受其它表面涂敷的能力。如仅用少量BAC的样品所示，使用少量的BAC，则由于BAC涂敷过的表面平滑度就可以使复盖表面所用的其它表面材料的用量大大减少。要使底纸的表面平整以进一步进行其它表面处理或印刷，则只需少量的BAC就足够了，因此，也就节省了其它表面涂敷的花费。表面平滑度的测量如实施例3。
表面强度或IGT印刷粘着性能测量了在印刷压区压力下捡拾起纸张表面的阻力。表面强度或IGT印刷粘着性能用与上述实施例5相同的方法测量。
表9表面平滑度和表面强度表面平滑度表面强度样品品种纸粗糙度印墨粗糙度IGT1-2对照1.631.645.62-2常规BAC1.391.2721.33-2精制BAC1.451.3225.810-2胶印0.690.6730.911-2轮转印0.780.806.2正如表9的结果所示，含BAC的纸本身以及其印刷品均比对照纸具有更加良好的平整表面。就IGT印刷粘着性能或表面强度而言，商品纸是经过超级压光机加工得到平整的表面，而BAC涂敷的纸仅用一步热压区压光处理就使表面平滑度有了显著的改进，在获得优良的表面平滑度方面是又省时又省钱。应该指出的是，不用超级压光机加工的BAC涂敷纸的表面强度值明显高于轮转印刷纸并且接近胶印纸。
实施例8用实验室动态成形器制备的BAC涂敷纸与其它商品纸的性质比较实验室动态成形器比常规纸模更近似于造纸机。它含有旋转圆筒成形网。原料通过上下往复运动的管子流到或喷到内面上。这种装置可得自CentreTechniquedeI′lndustriedesPapier，CartonsetCelluleses，Grenoble，France。连续地使用所选择的浆料就可以按所期望的那样生产出纸。纸的大小约为840×200mm，这种纸比标准纸模生产的纸要大得多。
动态成形器是用于制备涂敷三种水平和两种配方的细菌性纤维素纸张的装置。底纸的浆料是65%漂白南方牛皮纸硬木纤维和35%漂白软木牛皮纸。在与未经提炼的硬木纤维混合之前，先将软木牛皮纸放入Valley打浆机中重新提炼为约425CSF。
将细菌性纤维素放入英国离解器中分散使其稠度降低。将其一部分放在高剪切力的Cowles混合器中进一步匀化。
制备的底纸重量为约75g/m。在底纸成形后，加上细菌性纤维素原料浆液使一面的涂敷层占总重量的约1.0，0.5和0.3%。匀化的BAC只用于1%水平。
干燥后，如实施例4所述对纸张热压光。
对照纸的制备如上，只是不进行任何BAC表面处理。所有的纸张均按前述各实施例所述试验其印刷特性。以商品化的轻量涂敷胶印纸和类似的未涂敷的胶印纸作为对照实验。
表10给出所得结果。
用1%BAC涂敷的纸的光泽度差异接近高级涂敷胶印纸。但不知道为何匀化的BAC在这个试验中效果不是太好。正如原来所预料的那样，低水平使用BAC达不到1%水平的效果。然而，其它以各种水平使用BAC处理过的样品均优于未涂敷的胶印纸。在改进表面质量方面，很低水平的BAC用量也是有效的。
实施例9BAC涂敷纸的生产及其性质-用施胶压榨生产两面BAC涂敷纸在湿端成形时使用细菌性纤维素悬浮液作为表面涂层将必然会在某种程度上进入到纸中。对某些目的来讲这是很有利的。然而，如果目的在于改善印刷表面特性，这种方法就不是一种十分有利的应用BAC的方法。令人惊奇的是，用常规的施胶压榨或用一种或几种熟知的涂敷器就可有效地将BAC纤维浆液施于原纸上。
为了表明用施胶压榨涂敷细菌性纤维素的有效性，设计了这样一种程序，即使用71g/m2原纸，460mm宽的倾斜控制标施胶压榨。原浆是未施胶的，即未对表面施胶压榨过的漂白牛皮纸东方软木电子图记底纸。细菌性纤维素纤维在水中分散，并放入Deliteur混合器中。加入低粘度的羧甲基纤维素(CMC)比率为2.5份BAC(干重)对1份CMC。CMC用来改善BAC悬溶液的均一性。适用的CMC可得自Hercules，Inc.，Wilmington，Delaware，为7L型。
第一次，用总固体含量为约0.6%的悬浮液，以每分钟150米的速度将4.15Kg/T总固体量(BAC+CMC)涂敷于纸的两面。
第二次，以每分钟260米的工作速度以固体量约为5Kg/T再涂敷于纸的两面。
在第一样品中，BAC的总用量为0.3%，即每张纸面0.15%。第二样品的总用量为约0.36%，即每面约0.18%。
在制作中没有出现什么问题。虽然还可以用更高的速度，但在本处则由于施胶压榨后的干燥能力而受到限制。
在试验前，按实施例4所述，将完成涂敷的样品及底层原浆样品均先经过热压光处理。
表11给出了处理过的纸，未处理的底料，完成的电子图记纸以及高级轻重量的涂敷胶印纸之间的性质比较。
可以明显看出，在印刷特性如光泽度差异和亮度下降等方面均比底层原料有了较大的改善。BAC用量较多的样品以高速运转时接近了胶印纸的性能。
实施例10BAC涂敷纸的制备和其性质-第二次施胶压榨加工按与实施例9相似的方法另设一步施胶压榨涂敷。然而，用了一套更为扩展的处理方法。以BAC、匀化的BAC分别加上或不加上羧甲基纤维素进行实验。BAC与CMC的比例上升至4∶1。此外，分别单独以CMC或熟淀粉作试验。在一个试验中，在施胶压榨时对原纸用442Kg/T的水处理使其具有与另外的样品相似的干或湿度。纸张通过施胶压榨的速度在150-305米/分之间。
对这些样品未检测其印墨粗糙度，但测定了两个另外的特性Parker印刷波纹和Gurley纸张气孔度。Gurley气孔度是公知的试验，以秒记检测在标准条件下100ml空气通过纸张的时间。Parker印刷波纹是另一种检测表面粗糙度的方法。它是在与印刷压力相似的条件下进行的空气渗漏型试验。目前，这是测量纸张和板面的表面粗糙度的标准I.S.O.方法。该试验所需的设备可得自H.E.MessmerLtd.，London，England。
表12给出施胶压榨时的工作速度、涂敷层的固体含量，固体的检拾量。表13给出处理过的纸张的性质。除了一个指定的以外，所有的纸张均在网面热压光并在表面作印刷试验。作为比较，样品经压光后在正面印刷。
表12样品种类固体含量%检拾(Kg/T)速度(米/分)未处理的底纸原料---用水处理过的原料--305BAC0.706.8213匀化BAC0.653.0213BAC+CMC0.773.5-4.5213匀化BAC+CMC1.05.75213匀化BAC+CMC1.05.75213-正面CMC0.62.8152淀粉7.041.5152轻重量涂敷胶印纸---(1)纸两面的总量(2)仅用水
用BAC+CMC混合物经施胶压榨涂敷的纸具有良好的印刷性质，其接近于商品化的轻重量涂敷胶印纸。很明显，CMC的作用是细菌纤维素的悬浮剂和分散剂。因此，正如空气孔隙度数值所指明，其可以在原料表面上得到更为均一的且没有气孔的涂层。在此，BAC和CMC有着明显的协作效应。CMC本身与水处理的对照纸除了亮度外，在其余的性质上均差别不大。
除CMC以外的其它悬浮剂也应具有相同的功能。包括有天然的和合成的材料，如水溶性纤维素醚类。实验表明，Alco胶与CMC相等。Alco胶的应用形式是以异丁烯酸和丙烯酸乙酯的共聚物为基础的活性酸乳化液，其可得自于AlcoChemicalCo.，Chattanooga，Tennesee。
用淀粉涂敷的样品在表面施胶方面与通常施于底纸原料上的相近似。
实施例11单面BAC涂敷纸的制备在上述倾斜施胶压榨试验中，底纸的两面均被涂敷。但对许多产品而言，只需一面具有良好的印刷特性。试验在控制标短停止机和叶片计量涂敷机进行，以表明用与工业生产非常相似的设备就可容易地将细菌性纤维素施于纸的一面。短停止涂敷器有一个与底辊相对应的顶部，使纸张通过它们之间。当网状物迅速运动时，使涂敷不停地受到搅动。这由顶部出口处的叶片来完成以达到所期望的涂敷重量。叶片计量涂敷机也非常相似，其顶部将涂敷物直接送达底辊而不是直达纸面上。预先计算过的涂敷物转移到移动的纸网上，而在另一位置则与底辊相接触。
如同实施例8和9，底料是未涂敷过的电子图象记录纸。所进行的涂敷是BAC与低粘度CMC为4∶1的混合物，该混合物固体总含量为1.0%。其涂敷是用短停止涂敷机涂敷于底纸的网面，用叶片计量涂敷器涂敷于正面。
在叶片计量涂敷器上的工作速度为397米/分，在短停止涂敷机上的工作速度为305米/分。在短停止涂敷机上所进行涂敷为1.65Kg/T，相当于BAC用量为1.32Kg/T。叶片计量涂敷机涂敷重量为约2Kg/T。相当于BAC的量给为1.6Kg/T。
在印刷和试验之前，所有样品均按实施例4所述经热压光。
叶片式计量试验特别充分证实了在底纸原料上的印刷特性的显著改进。短停止试验与其有某些相等，只是光泽度差值稍差，但其它性质则更好。应当注意的是，获得这些改进只需很少量的涂敷就够了。
根据本文所述的内容，本专业领域的技术人员可以在不脱离本发明下述权利要求中所述的实质而找到许多类似的方法。本发明并不仅限于本文中所述的方法，性质和组成，因为各实施例和其它的论述均是为了说明本发明的重要方面。性质和功能与本发明所述相近的那些方法，过程等均在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种制备优质纸张的方法，其包括将来自于水性悬浮液中的细菌性纤维素涂敷于在此之前经过特定干燥的纤维素性底物网的至少一个表面上。
2.根据权利要求1所述的方法，当与细菌性纤维素悬浮液接触时，纸张的含水量为约10%。
3.根据权利要求1所述的方法，包括用施胶压榨涂敷机或离机涂敷机来施用细菌性纤维素悬浮液。
4.根据权利要求1所述的方法，其中施于网状物任何一面上的细菌性纤维素均不超过10Kg/T。
5.根据权利要求4所述的方法，其中细菌性纤维素的用量不超过约5Kg/T。
6.根据权利要求1，2，3，4或5中任何一项所述的方法其中细菌性纤维素进一步包括悬浮剂和分散剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其中悬浮剂和分散剂是羧甲基纤维素钠。
8.根据权利要求1，2，3，4或5中任何一项所述的方法，其中细菌性纤维素悬浮液进一步包括填料或色素。
9.根据权利要求1，2，3，4，或5中任何一项所述的方法，进一步包括热压光的涂敷产物。
10.一种具有平滑、匀均印刷表面和良好着墨性能的纸产品，包括在至少一个表面上有细菌性纤维素薄涂敷层的纤维状纤维素性网状物。
11.根据权利要求10所述的纸产品，其中在网状物的任何一面上的涂敷的细菌性纤维素量为不超过约10Kg/T。
12.根据权利要求10所述的纸产品，其中在网状物的任何一面上的涂敷的细菌性纤维素量不超过约5Kg/T。
全文摘要
进行过含细菌性纤维素表面处理的纤维网状物以及表面处理方法。用常规的造纸设备将细菌性纤维素施用于纤维网状物的至少一面，使产物适于作为杂志和广告的印刷材料。细菌性纤维素可以单独使用，或与其它材料如填料或色素一起使用。使用相对为较小量的细菌性纤维素可以得到良好的光泽度，平滑度，着墨性能以及表面强度。
文档编号D21H19/34GK1030109SQ881025
公开日1989年1月4日 申请日期1988年5月4日 优先权日1987年5月4日
发明者多尼德·卡提斯·约翰森, 阿玛·妮斯·妮杰, 亨利·阿比特·拉比勃克 申请人:韦尔豪泽公司