专利名称：印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸的制备方法
目前以聚烯烃合成纸取代天然纸浆抄造纸，系以聚丙烯的双轴延伸薄膜为基材层(中间层)，于其表面上贴合含有无机微细粉末的聚丙烯单轴延伸薄膜作为纸面层的合成纸已被王子油化公司提出申请，且已实用化(日本特公昭46-40794号、日本特开昭56-141339号、日本特开昭56-118437号)。为提高凹版印刷性，于其表面上被涂布丙烯酸系共聚体，聚伸乙基亚胺等水溶液，至使其涂布量成为0.005～0.1g/M2，经干燥后供使用(日本特开昭50-10624号、特开昭50-161478号案等)；另有日本特开平3-87255号申请案系采用含有顺式度98％以上的结晶性聚丙烯35～95重量％与滑石粉及/或云母粉末65～5重量％的树脂，经双轴延伸的薄膜作为基材层(中间层)，另于此基材层的至少一面上贴合含有由顺式度98％的高结晶性聚丙烯20～90重量％及无机微细粉末80～10重量％的树脂，经单轴延伸的薄膜而形成的纸层，最终构成不透明度90％以上的复层脂合成纸。
上述诸案制得的合成纸，虽具有刚性、机械强度与打印头密着性的优点，然而在印刷过程墨干燥速度方面不甚理想，查其仍未能广泛家适用于文化用纸的原因，在于合成纸面的微细空孔量及空孔串联程度远比天然纸张不理想，使得印刷加工后，油墨干燥时间相当长(4色印刷约8小时)，必需以晒纸方式使油墨干燥；同时堆叠量也受到限制，否则会造成背面反印；若以双面4色印刷而言，无形中增加印刷厂作业人员数，且预留等侯干燥的作业空间；除此之外，因其纸面为含有无机微细粉末之聚丙烯单轴延伸薄膜结构，着墨量也不如天然纸张理想，需由印刷机加强放墨量，来达成色彩饱合度；同时为避免印墨中溶剂侵入而造成纸面双形及尺寸变化，常用价格远比天然纸张印刷用油墨贵3-4倍的合成纸专用墨来印刷；上述种种，说明以含有无机微细粉末的聚丙烯单轴延伸薄膜的纸面结构合成纸，在印刷加工过程及印刷整体费用，与天然纸张的差异处，也是无法广泛取代天然纸类产品诸多用途的主因。
另有日本日清纺织株式会社，利用表面处理方式在聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯的有/无延伸膜片上作纸面层处理的合成纸，其所制得的合成纸的品质特性(印刷适性、干燥性方面)虽然远超越前述的利用含无机微细粉末的聚丙烯单轴延伸薄膜作为纸面层的合成纸，理应会广泛取代天然纸张文化用纸的作途；但事实上以此法制得的合成纸在各项成本相当高，在市场上销售上并不较利用含无机微细粉末的聚丙烯单轴延伸薄膜作为纸面层的合成纸良好；按其制程，系利用DMF溶剂为表面处理剂用溶剂，但由于其DMF溶剂毒性相当强，且在制程中的DMF会硬化、DMF发泡段中会副生成大量具毒性的废水，需投资价昂的废水处理设备作废水处理，否则常造成很大的环境公害问题；另外，其使用DMF溶剂系统所搭配以逆转涂布方式(reverse coater)涂布后的纸面层度相当厚(如一般制品约30μ，特殊制品用途约10～20μ)，并未能以低于5μ以下涂布厚度得到良好的纸面品质；上述种种因素增加涂布制程的各项成本(原料、设备)未能广泛替代天然纸张在文化用纸的使用，只局限用于仅以合成纸的特性取代的较小范围。
为解决上述问题点，使合成纸品质适用上能广泛取代天然纸张在文化用纸用途，同时为避免因制造成本过高造成以合成纸的特性取代的较小使用范围；申请人公司乃采用经由一台主押出机及二台副押出机的挤压物汇流经同一T型模头而为成为三层组成的板片，再经冷却成型、双轴延伸、电晕处理及视厚度需要再予以积层贴合的双轴延伸聚丙烯白色不透明树脂膜片，理经表面处理机，约予纸面涂布而成为印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸来完成。
本发明所制得的合成纸，因其纸面微细空孔量及空孔串联程度，与天然纸类产品极为接近，在4色印刷的油墨完全干燥时间为10分钟以内，而避免反印的印刷印墨外层干燥时间为1分钟以内，使得在印刷作业方面完全与天然纸张相当，并不用作堆叠量控制及增加印刷厂作业人数及预留等候干燥的作业空间；除此的外，油墨吸收只限于涂布层并不会侵入涂布基材层，所以一般印天然纸头产品的油墨均可使用；同时着墨量与天然纸张相当，并不用增加印刷机的放墨量；上述种种说明本发明所制得的合成纸在品质特性已超越传统的合成纸，更能广泛取代天然纸张在文化用纸的用途。
为此申请人乃殚精竭虑经无数次试验、检讨改进后终于开发为达到价廉物美的合成纸品质，且更能广泛应用于文化用纸的用途；唯有在涂布材料一双轴延伸聚丙烯白色不透明树脂的组成物及制程条件着手，使其在比重降低方面达到良好成效；此外为能使涂布层纸面的微细空孔量及空孔串联程度，在低于5μ以下涂布厚度能达到良好成效，又避免因处理剂使用配方系统造成环保上的问题，这些都必需靠本发明的处理剂配方系统及涂布制程来完成；本发明合成纸结构如
图1说明。
以下为使便于明了本发明的技术内容，兹就涂布材料一双轴延伸聚丙烯白色不透明树脂及处理剂的组成物及制程(包括挤压、三层共挤压、冷欲、双轴延伸、电晕处理、卷取、积层贴合、纸面处理)等方面分别说明如下本发明的双轴延伸聚丙烯白色不透明树脂的涂布用材料系三层结构，其中中间层系由一台主押出机对含有顺式97％以上高结晶性聚丙烯90～40重量％与碳酸钙复合粒(Master Batch)(其组成为碳酸钙40～60％及聚丙烯树脂(60～30％)10～40重量％，二氧化钛复合粒(Master Batch)(其组成为二氧化钛40～60重量％及聚丙烯树脂60～40重量％)0～15重量％，抗静电剂0～5重量％而成的树脂组合物予以挤压，另外上、下表面系以二台副押出机对含有聚丙烯96～99％，抗粘剂1～4％而成的树脂组合物予以挤压；上述三台押出机挤压物汇流经同一T型模头挤压出，形成三层的板片，并经双轴延伸、电晕处理而成；再经含有氯化聚丙烯树脂5～15重量％，压克力树脂0～10重量％，碳酸钙15～10重量％，白土5～15重量％，二氧化钛2～10重量％，紫外线吸收剂0～2％，甲苯73～36％，抗静电剂0～2％的纸面层处理剂，利用凹版涂布轮对涂布用材料施以5μ以下涂布厚度的纸面层处理，可得本发明印刷快干型双轴延伸聚丙烯(BOPP)珠光合成纸。
本发明为制出适于文化用纸，乃采用高结晶度聚丙烯为主要原料；本发明涂布材料所用的聚丙烯树脂为选用熔流指数(以下简称MF I)2～6(230℃/2.16Kg ASTM D1238)的高结晶度，其大都为顺式(Isotactic)的均一聚合物；此种高分子的构形允许一个分子链间的整齐排列；此种原料，其分子量的大小及分布状况亦会影响全成纸的机械强度及品质均匀性。
本发明涂布材料所用的碳酸钙，其主要作用系使于双轴延伸制程中的涂布材料利用该填充剂的不规则构形延伸出微细孔隙，使涂布材料的比重在未添加发泡剂下大幅降低至0.6以下，并赋与涂布材料极佳的不透明性；为虑及无机填充剂的分散性，亦可使用无机填充剂与聚丙烯树脂先经捏练制成的复合粒(Master Batch)，另外无机填充料除碳酸钙外，亦可用硅薄土、白土、硅酸钙、粘土等。
本发明涂布材料所用二氧化钛原料主要为金红石型二氧化钛，其主要作用为可调整合成纸的遮蔽性及强化抗紫外线效果。
本发明涂布材料所使用的抗静电剂可采用现行一般双轴延伸聚丙烯(BOPP)所用的抗静电剂均可，其主要为三级胺，可由三级胺的电荷移行性以消除因涂布加工过程所产生的静电效应。
制造涂布材料时，为防止材料卷取时的膜面相互点结，另需加以抗粘剂，此可使用现行一般双延伸聚丙烯所用的抗粘剂-二氧化硅类；此外涂布材料使用三层结构，其上、下素层系为制程中的制板冷却时能得到较佳的贴轮性而有较佳的板面品质，但若要使涂布材料能有更佳的遮蔽性及涂布坚牢度，亦可考虑添加无机填充剂如碳酸钙、二氧化钛、白土、硅酸钙、粘土等，同时亦可使用只有单层结构作为涂布材料。
本发明纸面处理剂使用的氯化聚丙烯树脂主要作用是对非枢性的涂布材料面产生接着能力，而其氯化程度在20～40％均可使用氯化聚乙烯作为原料。
本发明纸面处理剂使用的压克力树脂主要作用是改善纸面的赐性及耐刮性，同时其对耐侯能力的改善亦有相当大的帮助，但有时为考虑纸面柔软性亦可选择不用。
本发明纸面处理剂使用的碳酸钙及白土，主要作用是改善印刷时的油墨干燥能力，使用粒径范围为0.5μ～5μ；除此的外硅藻土、硅酸钙、粘土等亦都是可使用原料之一。
本发明纸面处理剂所用的二氧化钛原料主要是提供合成纸面有较佳的白度及视觉质感，同时其对合成纸的遮蔽性及抗紫外线方面也有很大帮助。
本发明纸面处理剂所用的抗静电剂为溶剂型抗静电液，其主要成份为酰胺类，主要作用是消除印刷加工过程所产生的静电。
为延长本发明合成纸的户外使用时间及防止合成纸受紫外线作用而老化分解，在纸面处理剂中亦采用紫外线吸收剂，其用量为0.05～0.15％重量％。
本发明的印刷快干型双轴延伸聚丙烯(BOPP)珠光合成纸制品比重可达0.6以下，此可由组成物配方的改变而予调整，较日本特开平3-87255号案的比重0.79低24％以上，较日本日清纺织合成纸0.85低29％以上，使消费者可在相同单位重量下，有较多的使用面积，在使用上更加经济。
以下就本发明的制造印刷快干型双轴延伸珠光合成纸所采用的制程配合装置并参考图式进一步说明如下1.押出机装置(图2的(1))包括一台主押出机及二台副押出机，其温度条件受树脂组合物的原料配合，MFI、结晶度、粘度、添加剂及生产线速(卷取速度)的不同而异，通常设定在200～280℃范围内；本发明的涂布材料的三层结构乃采用三层共挤压方式达成，此三层的挤出物利用T型模头的流道设计组合，经汇流由T型模头共挤压出。
2.冷却成型轮装置(图2的(2))采用水冷式或气冷式冷却装置，系对高温200～280℃三层共挤压出的挤压物而以冷却定型。且此制程的冷却温度控制的成功与否，将对其后的制程步骤的顺利与否有很大关系；其冷却温度通常设定在15～80℃的间，主要视涂布材料的厚度及生产线速而定，可在此范围内加以调整。
3.纵向延伸装置(图2的(3))经冷却成型的涂布材料板送入本装置，先在120～150℃(视所需制得的涂布材料厚度及生产线速设定)予以预热，使材料板(SHEET)软化，再以一段或二段延伸作低速及高速延伸，以加强涂布材料在纵向的机械强度，再予以回火定形，通常纵向延伸倍率系设定在3～6倍。
4.横向延伸装置(图2的(4))对经上述纵向延伸处理的较薄材料先在150～195℃(视纸板厚度及生产线速设定)予以预热软化，再作此一横向延伸，最后再以回火定形，以使涂布材料部分回缩增加尺寸安定性；通常横向延伸倍率设定在5～12倍，此可依制品的特性要求而定。
5.电晕处理装置(图2的(5))此处理系为使涂布材料能改善表面特性品质，能增进涂布材料表面与纸面处理剂的坚牢度；其系采用高周波放电装置其功率为20～150KW(视生产线速予以调整)，使表面的润湿张力达到36～45dyne/cm。
6.卷取装置(图2的(6))系利用一管状物将上述所生产完成的本发明涂布材料卷取成8M宽的成品，其后并可依视涂布需要予以分条。
7.积层贴合装置(图3)对所需制得的涂布材料厚度超过100μ者，即利用本积层贴合装置予以积层贴合而成；贴合的前须对各该层的表面上胶，此图中的为上胶轮，视上胶的涂布量及底涂剂的粘度决定所用上胶轮的型式(多线条浅版深或少线条深版深)；所用的底涂剂可用适于聚丙烯材质贴合用的聚胺脂系或其它聚伸乙基酰亚胺、多元胺聚酰胺的伸乙基酰亚胺的加成、含四级铵的丙烯酸酯系聚合体等。
本装置系将两卷相同或不同厚度的100μ以下合成纸涂布材料分别置于上胶及贴合的发送段(图3的(1)(5))，其中上胶发送段(图3的(1))的涂布材料利用凹版上胶轮(图3的(2))涂布置于胶槽(图3的(3))的胶液进行纸面涂布上胶，上胶后的涂布材料通过干燥温度为30～70℃的干燥烘箱(图3的(4))，以将胶液中的溶剂驱除，再将溶剂已驱除的上胶后的涂布材料在40℃～70℃贴合轮(图3的(6))处与另一贴合发送段(图3的(5))发送的另一同或不同厚度的涂布材料进行积层贴合，两者贴合后利用卷取机(图3的(7))进行卷取即完成本发明100μ以上的制品。8.表面处理机装置(图4)对于图1装置所生产的100μ厚度以下及以图3积层贴合装置所生产的100μ以上厚度的涂布材料，施以纸面处理，形成含有多微细空孔量及空孔串联程度极佳如天然纸张般的纸面层。
本装置为每面两版，双面线上(on-line)涂布装置，系将100μ以下或以上的涂布材料置于涂布发送段(图4的(1))，再经第1版的凹涂布轮(图4的(2))将纸面处理剂涂布在涂布材料表面，作第一道纸面处理，第一道纸面处理后的涂布材料利用第一版与第二版间的版间干燥设备(图4的(3))干燥后，再经第二版的凹版涂布轮(图4的(4))作第二道纸面处理，最后理进入20M大烘箱下层干燥区(图4的(5))作完全干燥，使纸面的溶剂完全挥发，上述步骤系完成第一面纸面处理；同样同上述第一面纸面处理步骤，将已完成第一面涂布的涂布材料，经第三版凹版涂布轮(图4的(6))版间干燥设备(图4自(7))，第四版凹版涂布轮(图4的(8))，最后再进入20M大烘箱上层干燥区(图4的(9))作第二面涂布，最后再利用卷取机(图4的(10))完成卷取。
本装置为每面两版双面线上(on-line)涂布装置，可依产品用途选择单或双面纸面涂布，及每面一或二道涂布；而凹版涂布轮的版深可由15μ至60μ，纲目可由100筛目至400筛目加以组合变化。
为进一步明了本案技术内容，以聚丙烯原料系统经双向延伸制程生产白色不透明涂布材料，再经纸面涂布制成印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸的制法及品质特性、用途；兹以下例实施范例说明本发明方法所生产书实用、印厣用、包装用及各类纸张广泛用途之合成纸；但此并非限定本发明专利的范畴。
实施例一(厚度100μ以下的双面印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸)将聚丙烯(MF I∶2.8)70重量％，碳酸钙复合粒(60％)21重量％，二氧化钛复合粒(45％)5重量％，抗静电剂4重量％经混合后，进入主押出机；另取聚丙烯99重量％，抗黏剂1重量％，以混合机混合后，进入二台副押出机；并在押出机温度200～280℃下，以三层共押出方式经T型模头押出，经冷却轮在15～60℃温度范围下，将聚丙烯涂布材料板冷却成型，再进入纵向延伸装置，在温度设定在120～150℃下先予以预热，再作5倍纵向延伸，延伸后再予以回火冷却；冷却后再进入横向延伸装置，在温度设定150～185℃下，先予以预热，再作9倍延伸，延伸后再予以回火冷却，以控制涂布材料的回缩率；离开横向延伸装置后，再经电晕处理，使涂布材料在涂布后有更好的纸面层坚牢度，最后再以卷取机卷取；依上述方式可制成厚度100μ以下的涂布材料。
以厚度72μ的双面印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸的涂布材料，利用表面处理机完成纸面每面各4μ厚度处理的实施例说明如下(每面两版，双面线上处理)。
将72μ涂布材料置于涂布发送段，再经第一版的150筛目35μ版深的凹版涂布轮，利用以氯化聚丙烯树脂5重量％，压克力树脂5重量％、碳酸钙15重量％、白土5重量％、二氧化钛5重量％，甲苯63％、抗静电液1％、紫外线吸收剂1％的纸面处理剂，完成第一面第一版纸面涂布，再经版间干燥设备进行40～50℃干燥，干燥后再经第二版的180筛目，25μ版深的凹版涂布以同第一版处理剂完成第一面第二版纸面涂布，再进入20M大烘箱作80～100℃的完全干燥；已完成第一面两道涂布的材料再进入第三版的150筛目35μ版深的凹版涂布轮，以同第一版处理剂完成第二面第三版涂布，再经40～50℃的版间干燥设备干燥。干燥后再经第二面第四版180筛目25μ版深的凹版涂布轮，以同一版处理剂完成第二面第四版涂布，再进入20M大烘箱作80～100℃完全干燥，最后利用卷取机完成卷取。以上述方法可制得80μ双面印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸，其印刷干燥性极佳，约1分钟以内可使印刷层外层干燥，10分钟以内印刷层完全干燥，可广泛用于书写、印刷、包装等各类文化用纸的用途；本发明的合成纸物性如附表1表示。
实施例二(厚度100μ以上的双面印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸)以厚度120μ(100μ以上)的双面印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸利用积层贴合机，表面处理机完成的实施例说明如下将两卷58μ涂布材料，先分别置于上胶及贴合的发送段(如图3的(1)(5))；上胶发送段(如图3的(1))的78μ涂布材料，利用175线35μ版深的凹版上胶轮(如图3的(2))涂布置于胶槽(如图3的(3))的胶液进行纸面涂布上胶；上胶后的58μ涂布材料通过干燥温度为30～70℃，10公尺长的干燥烘箱(如图3的(4))，将胶液中的溶剂驱除，再将溶剂已驱除的上胶后78μ涂布材料在40℃～50℃贴合轮(如图3的(6))处与另一贴合发送段(如图3的(5))发送的另一58μ涂布材料进行积层贴合，贴合后的116μ涂布材料再利用卷取机进行卷取，即为待经表面处理机作纸面处理的116μ涂布材料。
再以116μ的双面印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸的涂布材料，利用表面处理机完成纸面每面各2μ厚度处理的实施例说明如下(每面一版，双面线上处理)将厚度116μ涂布材料置于涂布发送段，再经第一版250筛目10μ版深的凹版涂布轮，利用以氯化聚丙烯树脂8重量％，碳酸钙15重量％、白土15重量％、二氧化钛7重量％、甲苯53％、抗静电液1％、紫外线吸收剂1％的纸面处理剂，完成第一面纸面处理剂，完成第一面纸面处理后，直接进入20M大烘箱作80～100℃的完全干燥；已完成第一面纸面涂布的材料再进入第二面第三版250筛目10μ版深的凹版涂布轮，以同第一版处理剂完成第二面纸面涂布，再进入20M大烘箱80～100℃的完全干燥，最后利用卷取机完成卷取；以上述方法可制得120μ双面印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸(如附样二)，其印刷解析度佳，印刷干燥性佳；以本实施例制得的厚度180μ制品的物性如表1所示。
表1
附图简单说明(一)图1A降低密度的发泡层B纸面处理剂的接着层C吸收印刷油墨的纸面层(二)图2
(1)押出机装置(2)冷却成型装置(3)纵向延伸装置(4)横向延伸装置(5)电晕处理装置(6)卷取装置(三)图3(1)上胶发送段(2)凹版上胶轮(3)胶槽(4)干燥烘箱(5)贴合发送段(6)贴合轮(7)卷取机(四)图4(1)涂布发送段(2)凹版涂布轮(第一版)(3)版间干燥设备(4)凹版涂布轮(第二版)(5)下层干燥烘箱(6)凹版涂布轮(第三版)(7)版间干燥设备(8)凹版涂布轮(第四版)(9)上层干燥烘箱
(10)卷取机
权利要求
1.一种印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸的制备方法，其特征在于对由顺式度97％以上的高结晶性聚丙烯树脂(MF I∶2～6)90～40重量％与碳酸钙复合粒10～40重量％、二氧化钛复合粒0～15重量％、抗静电剂0～5重量％而成的聚丙烯树脂组合物及由聚丙烯96～99重量％、抗粘剂4～1重量％而成的树脂组合物，分由一台主押出机及二台副押出机(温度均设定在200～280℃)予以挤压并予汇流经同一T模头挤压出，使成三层结构的涂布材料板片，其后经15～60℃冷却轮冷却成形，其后对此板片予以双轴延伸，先于120～150℃下作预热、延伸、回火处理的3～6倍延伸率的纵向延伸，再送入温度设定在150～190℃下作预热、延伸、回火处理5～12倍延伸倍率的横向延伸，再经20～150KW功率下的高周波电晕处理，再以卷取机卷取而成厚度100μ以下的涂布材料；另以含有氯化聚丙烯树脂5～15重量％、压克力树脂0～10重量％、碳酸钙15～10重量％、白土5重量％、二氧化钛2～10重量％、甲苯73～36重量％、抗静电剂0～2重量％、紫外线吸收剂0～2重量％的纸面层处理剂，利用100～400筛目，60μ～10μ版深的凹版涂布轮对前述涂布用材料施以5μ以下涂布厚度的纸面处理，再以卷取机卷取而成厚度100μ以下的合成纸。
2.一种厚度超过100μ以上的印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸的制备方法，其特征在于利用权利要求1所述的制法制得两卷100μ以下厚度的涂布材料，分别置于积层贴合装置的上胶及贴合的发送段，其中需予上胶的涂布材料经涂布上胶，并予烘干后，于贴合轮处与由贴合发送段发送的另一卷涂布材料进行积层贴合即成所需100μ以上的涂布材料后，利用卷取机卷取；并利用含有氯化聚丙烯树脂5～15重量％、压克力树脂0～10重量％、碳酸钙15～10重量％、白土5重量％、二氧化钛2～10重量％、甲苯73～36重量％、抗静电剂0～2重量％、紫外线吸收剂0～2重量％的纸面层处理剂，利用100～400筛目，60μ～10μ版深的凹版涂布轮对前述涂布用材料施以5μ以下涂布厚度的纸面处理，再以卷取机卷取而成厚度100μ以上的印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸。
全文摘要
本发明涉及印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸的制备方法，特别是纸面涂布方法。对以97％以上的高结晶性聚丙烯树脂与碳酸钙复合粒，二氧化钛复合粒，抗静电剂等组合的聚丙烯树脂组合物及由聚丙烯，抗粘剂而成的树脂组合物，经押出机等机械加工而成厚度为100μ以下的涂布材料，然后利用纸面涂布得到合成纸。
文档编号B29D7/01GK1134956SQ9610123
公开日1996年11月6日 申请日期1996年2月7日 优先权日1996年2月7日
发明者林丰钦 申请人:南亚塑胶工业股份有限公司