CN101432484A - 生产单重和/或多重涂布底材的方法 - Google Patents

Abstract

一种幕式淋涂机用涂料组合物，利用该组合物将移动的纸卷材、卡纸板卷材或其它纤维卷材在一侧上或在两侧上都涂布一次或多次，该组合物除了颜料和基料以外还含有润滑剂。

Description

生产单重和/或多重涂布底材的方法

本发明涉及一种生产除了照相纸和自粘标签纸以外的单重和/或多重涂布底材如纸张和纸板的方法。

背景技术

幕式淋涂方法是照相工业的现有技术中已知的涂布方法。照相工业中使用的乳液和液体具有低固体含量和低粘度，而且施涂速度非常低，低于600m/min。在绘画美术用纸的生产当中，一方面，使用了相比于在照相工业中使用的悬浮体具有更高固体含量和更高粘度的着色悬浮体。此外，绘画美术用纸通常通过在显著高于1000m/min的速度下的刮涂或膜压施用方法来生产。刮涂方法和膜压施用方法都具有会影响涂布纸的质量的缺点。例如，对于刮涂方法，由刮板下高剪切速率引起的颗粒的聚集可导致在纸张涂层上出现条纹，这将不利地影响纸张和卡纸板的质量。而且，在绘画美术工业中使用的涂布泥浆会在所用的刮刀上产生如此大的应力，以至于该刮刀要较频繁地更换，以确保在纸张或盒纸板上具有恒定的涂层质量。

此外，纸张或卡纸板表面上的涂层分布还受到纸张底材的不均匀性的影响。纸张表面上涂层分布不均匀可导致视觉上印刷不均匀。这一质量缺陷也称作斑点。

在上述膜压涂布方法中，通常会存在窄操作窗，这是由待加工底材的表面性能、孔隙率或者涂布泥浆的固体含量决定的。此外，对于每一卷材速度或每一涂层重量，上述窄操作窗都要必须重新确定。对于非优化膜压涂布泥浆配制剂，不均匀的膜咬起图案因而可能出现在待涂布底材的表面上，这继而导致其印刷性不良。而且，还可能在膜压涂布过程中形成小液滴，这些液滴继而沉积到底材上，使得涂布的底材(无论是纸张、纸版或卡纸版)的质量恶化。

在膜压施涂方法中可实现的最大涂层重量也比刮涂方法低。该限制当在待加工底材上的施涂速率较高时特别明显。

对于上述两种施涂方法，涂层重量在待涂布底材的凸起(峰)和凹入(谷)处分布不均匀，从而使得印刷油墨的接受不均匀，这可能导致上述的斑点。由于施涂速率高，膜压方法和刮涂方法都非常广泛地用于生产绘画美术用纸。

JP 94/89437，JP 93/311931，JP 93/177816，JP 93 131718和EP 0 517 233B1和EP-A 1 249 533公开了利用幕式淋涂方法来使用一种或多种着色的涂布泥浆涂布纸张。

因此，EP-0 517 223 B1公开了一种生产涂布印刷纸张的方法。所生产的涂布纸尤其用于印刷，其中由印刷液生产自由下落的涂布帘，印刷原纸用脱气的涂布液涂布，以使得涂布液的自由下落涂布帘撞击涂布纸。这以横向于自由下落的涂布帘的方向连续运行。涂布液包含至少一种颜料和至少一种基料，浓度为50重量％-70重量％，并且粘度为400-4000mPa.s。将涂布液在具有降低的压力值的饱和蒸气压或更低压力的环境中并且在向涂布液施加剪切的条件下进行脱气。直径为0.01mm-0.5mm的气泡在涂布液中的脱气比例为90％或甚至更高。涂布纸具有底漆涂层，该底漆涂层通过选自下组的涂布方法施用：刮涂类方法和辊涂类方法。

EP 1 249 533 A1公开了一种生产多重涂布的纸张或卡纸板的方法。该方法用于生产除了照相纸和自粘标签纸以外的提供有多重涂布的纸张或卡纸板。该多重涂布的纸张或卡纸板可尤其用于印刷、包装和题字目的，其中将至少两种选自水溶液或水悬浮体的待施涂液体作为合并的自由下落的幕合并在一起，并且将原纸或原卡纸板的连续卷材用合并后的涂布液涂布。

如EP 0 517 223 B1和EP 1 249 533 A1中所述，相比于常规的施涂方法，使用用于加工纸张和卡纸板的幕式淋涂方法提供改进的涂布纸张结构。尤其是，在幕式淋涂方法中在低的涂层重量下，难以以增加的施涂速度实施，这是因为液体幕不稳定。而且，当涂布泥浆撞击纸张底材时，涂布泥浆在自由下落过程中发生偏斜，并加速到底材速度。在该幕中，在流体中发生局部非常高的剪切和拉伸率。作为自由幕下落的流体受到的应力大得以致于可能因空泡产生流体膜的破裂。随着底材卷材速率的增加，破裂的危险增加，这构成了幕式淋涂布方法可以操作的上限。

DE 10 2004 045 171 A1涉及一种生产单重和/或多重涂布底材的方法。所述底材是除了照相纸和自粘标签纸以外的涂布纸张或涂布纸板，它们特别适于印刷、包装和题字。该底材(如原纸或原纸板)用自由下落的液体幕涂布一次或多次，其中涂布液在1-15的亨基(Hencky)应变量下尤其具有1-1000pa.s的拉伸粘度。

待用于幕式淋涂方法的施用介质必需具有特别的流变性能，尤其是当所述介质要在非常高的机器速度(>1500m/min)和/或非常低的涂层重量(8g/m²)下施涂到粗糙或非常粗糙的底材(如粗糙度PPS-10>4μm的纸张或卡纸板)上时。

目前，实际上还不能在高于1800-2000m/min的速度下通过幕式淋涂机以高固体含量(K>65％)下施涂小于9g/m²的涂膜而不存在微小漏涂。

涂布泥浆目前用丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物水溶液的阴离子乳液来调节，该水溶液提供有保护性油相。所述共聚物导致增稠以增加水相的粘度，这是因为它们优先结合水。保水性和液浆的拉伸性的改进是由于添加了少量的该助剂。取决于丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物的选定分子量，可影响和控制所述涂布泥浆的增稠效果和应变性能，即粘弹性。

该助剂(丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物)在涂布泥浆中的量的增加加强了涂布泥浆的增稠，并增加液体细丝或液膜的动态耐拉伸性。过量的该助剂可首先降低或阻碍微小漏涂的形成。然而，其次，所述过量还可导致在涂布的纤维卷材上形成斑纹，或可在幕与纤维卷材的接触点导致各种不利效果。通对共聚物分子量的选择，目前已经可以在个案中纠正这些缺陷，但是不能在每一种情况下都彻底消除它们。

如果大大增加增稠剂量，则在幕的底端会形成周期性弧或薄＂窗＂(其还可导致质量恶化或者导致在涂层中形成凹陷)。机器速度越高或者涂层重量越低或者幕长度越短，则这些问题就越难以控制。对该实际上存在的问题的满意解决方式迄今尚未发现。

发明概述

本发明的目的是扩大使用着色涂布泥浆的幕式淋涂方法的使用范围。

涂布泥浆组合物中可添加润滑剂，并联合添加丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物的阴离子乳液，使得相比于涂布泥浆组合物(开头所述的共聚物可与该组合物混合)，可实现涂布泥浆的更佳流动性和拉伸性，并因此获得更佳的粘弹性。在本发明上下文中，“润滑剂”应理解为非常基本上指这样的物质，该物质尤其加入到幕式淋涂用的涂布泥浆中以为了抑制聚集体的形成，或者为了通过在涂布泥浆的各组分(基本上是颜料、基料和助剂)之间的某类“润滑效果”允许具有良好的流动性。“润滑剂”还改进在压延过程中涂层的性能，因为该涂层还变得更柔软和更柔韧。

所用“润滑剂“的特殊性能兼有所提及增稠剂(如丙烯酸与丙烯酰胺的阴离子共聚物)的性能，根据本发明用以获得涂布泥浆的拉伸性能并因此加工性能的协同效果，尤其是在幕式淋涂机中。所添加的共聚物的目的在于通过空间结合(分子结构体的缠结)或者通过化学键合增加涂布泥浆中颗粒的内聚。因此，呈液膜、液幕、或液体细丝形式的液体施涂介质或涂布泥浆的动态耐拉伸性大大增加。涂布泥浆组合物的屈服点可通过添加合成和/或天然“润滑剂”而移动。屈服点应理解为指最大拉伸率和最大拉伸因子，利用它们，在施涂工艺过程中，尤其是借助于幕式淋涂机的施涂工艺过程中，加载涂布泥浆。超过屈服点将导致所谓的漏涂或微小漏涂。微小漏涂应理解为指，施涂介质或液膜的局部破裂，其中在底材或纤维卷材上在所施加的涂层或施加的层中产生微小孔。对于纸张和卡纸板，在涂布纤维卷材上的这些未覆盖的微小区域对于印刷性能具有大大不利的效果。

涂布泥浆组合物的拉伸率ε^＊根据本发明借助于下面的数学式定义：

ε^＊＝dV/dh，

其中

- ε^＊应理解为是指在幕的接触点处速度改变与薄膜厚度改变的比例，

- dV应理解为是底材的速度减去幕在接触时的速度，和

- dh应理解为是指在纸张上所施加的膜厚度减去接触点处的幕厚度。拉伸因子同样根据本发明定义，其中

- X_g应理解为是指幕由于重量而加速的拉伸率＝V_imp/V_0’，

- X_o应理解为是指幕由于加速到机器速度的拉伸率＝V_B/V_imp，

- X_T应理解为是指总拉伸率V_B/V_o，

- V_B应理解为是指机器速度，或者底材或者纤维卷材的速度，

- V_o应理解为是指泥浆从喷嘴出来的流速，和

- V_imp应理解为是指幕撞击底材时的速度。

当用幕式淋涂机施用或涂布时，如果机器速度为500-2500m/min和在高固体含量下施涂6-30g/m²的涂层重量时，呈现下列拉伸因子和拉伸率。

2<Xg^(k)>10

3<X_o<20

10>X_T<60

1，10⁴<ε^＊<-1，10⁶(s^-1)

根据本发明与涂布泥浆组合物混合的润滑剂例如是硬脂精或硬脂酸钙和类似润滑剂，例如PVA、淀粉和含油添加剂，并与所述基于丙烯酸系共聚物的增稠剂组合添加。在本发明上下文中，临界拉伸率和临界拉伸因子应理解为是指上述参数的最大值，从这些参数，由于所释放介质(例如呈液幕形式)的过度拉伸发生微小漏涂和形成撞击。硬脂酸钙特别适于借助于幕式淋涂机施涂的涂布泥浆。硬脂酸钙通常是94％植物硬脂精和5％元素钙的化合物。硬脂酸钙的分散体是弱碱性的，具有非离子产生性电荷特性。它们还易于以任何混合比乳化在水中，并且由于这一原因，它们特别适于涂布泥浆。与下面提及的阴离子增稠剂(例如丙烯酸乙酯和羧酸(含或不含增塑剂并且不含溶剂)，油相中的丙烯酸和丙烯酰胺，丙烯酸，丙烯酸酯和丙烯腈(含或不含增塑剂并且不含溶剂)，以及其它增稠剂，如CMC(羧甲基纤维素))结合，可获得含颜料的涂布泥浆的特别好的拉伸性和加工性，特别当在幕式淋涂机中使用时。根据本发明建议掺混润滑剂的优点可特别在极端操作条件下(例如机器速度>1500m/min，和涂层重量<8g/m²)并且当同时涂布泥浆的固体含量>65％时下观察到。

已经证实特别有利的是，对于润滑剂(如例如硬脂酸钙或硬脂精)兼一种或多种阴离子共聚物的添加，在添加所述共聚物之前添加硬脂酸钙。这使得可以抑制聚集体的形成和可以获得涂布泥浆组合物的柔顺性或流动性的改进以及更高的拉伸率。添加其它助剂，例如添加荧光增白剂优选在添加了增稠剂之后进行。

增稠剂或丙烯酸系共聚物可与硬脂酸盐或硬脂精一起添加。所用的硬脂精或硬脂酸钙因而减少或防止在涂布泥浆中形成凝固物。硬脂酸钙此外还赋予涂布泥浆组合物以轻微拒水的特性，该特性可以改进涂布底材如纸张或盒纸板的耐水性。硬脂酸盐例如硬脂酸钙还具有轻微的防沫效果。该额外的性能对于涂布泥浆的制备而言是希望的。涂布泥浆组合物可以以下列顺序制备成包含“润滑剂”：

1.分散颜料并制备颜料混合物，

2.需要的话，添加分散剂，

3.添加基料(苯乙烯、丁二烯胶乳或丙烯酸酯胶乳、淀粉、PVA)，

4.调节pH至约8.5-9(用NaOH或氢氧化铵)，

5.添加作为润滑剂的硬脂酸盐(优选硬脂酸钙或植物硬脂精)，

6.添加增稠剂和拉伸流变调节剂(具有强剪切)，例如丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物，

7.添加其它助剂(荧光增白剂)。

硬脂酸盐或硬脂精的计量加入量取决于选定的颜料体系和增稠剂类型。例如，使用0.8份硬脂酸钙和0.2-0.5份增稠剂(例如，使用上述丙烯酸酯聚合物)，可获得良好的结果。已经证实特别有利的是，制备纯粹基于碳酸盐的涂布泥浆，即100重量％的CaCO₃。该涂布泥浆可包含0.5-0.8份硬脂酸盐和0.3-0.6份增稠剂，以积极地影响拉伸流变性能。

其它替代方案在于制备碳酸盐和高岭土的混合物。在一些情况下，这些混合物包含更高比例的硬脂酸盐，例如0.6-0.8份，和更多的(0.4-0.6份)增稠剂，以为了能够在高的底材输送速度下开发有利的拉伸流变性能。

除了硬脂精或硬脂酸钙以外，其它积极地影响幕式淋涂用的涂布泥浆组合物的性能的添加剂也可适于作为润滑剂。这些包括例如基于天然或合成蜡的蜡乳液或蜡粉末，PTFE蜡乳液或粉末，具有不同水解程度的聚乙酸乙烯酯/聚乙烯醇或聚乙烯基甲酰胺/聚乙烯胺。此外，还可使用有机硅树脂乳液或无机润滑剂，如滑石颗粒。也可以使用具有不同分子量的聚合物，如聚乙二醇、聚四氢呋喃和聚乙烯基吡咯烷酮。借助于作为拉伸率γ的函数的粘度η的陡峭(steeper)曲线，可以获得泥浆薄膜的粘弹性的增加和拉伸率极限的增加。获得该积极效果的前提条件在所有情况下是：与涂布泥浆组合物的其它组分的相容性足够，使得不会形成聚集体或者凝固物。避免聚集体或者凝固物形成可通过使用合适乳化剂的合适含水配制剂来实现。

底材使用自由下落液幕的涂布液涂布一次或几次，其中该涂布液具有的通过CaBER方法测定的拉伸粘度在1-15的亨基应变量下具有1-10000Pa.s。使用根据本发明建议的方法，优选使用的涂布泥浆具有下文所述的组成。所有给出的百分比均基于干重量比例。

使用的涂布泥浆是基于CaCO₃的涂布泥浆，例如具有90％<2μm的粒度的碳酸钙的77％强度浆体(Hydrocarb 90 ME，来自OMYA，Oftringen，瑞士)和具有98％<2μm的粒度的来自Amazon Premium的74.6％强度粘土浆体(Amazon Plus，来自Kaolin International)。此外，涂布泥浆可包含苯乙烯丁二烯胶乳(

 D 536，来自BASF AG，Ludwigshafen)的基料，其在水中浓度为50％。此外还可以掺混各种添加剂，例如ASE增稠剂(来自BASF AG)(添加剂C)，以及二者选一地或者联合地添加添加剂A，即聚丙烯酰胺增稠剂(40mol％的丙烯酸，60mol％的丙烯酰胺，分子量20百万)，以及添加剂B，即聚丙烯酰胺增稠剂(40mol％的丙烯酸，60mol％的丙烯酰胺，分子量44百万)。此外，涂布泥浆包含呈二烷基磺化琥珀酸钠的水溶液形式的表面活性剂( I-DS 3525)，其同样可以由BASF AG获得。最后，荧光增白剂(例如呈

 P形式，可由Bayer AG，Leverkusen获得)可与根据本发明建议的方法中使用的涂布泥浆混合。

涂布液，即涂布泥浆的拉伸粘度通过CaBER方法在1-15的亨基应变量下测定为1-1000Pa.s。该拉伸粘度通过CaBER方法在1-12的亨基应变量下测定优选为1-1000Pa.s，特别优选的是，涂布泥浆的拉伸粘度通过CaBER方法在1-8的亨基应变量下测定为10-100Pa.s。涂布液的剪切粘度(100rpm，Brookfield)为0-5000mPa.s，优选0-2000mPa.s，特别优选涂布液的剪切粘度(100rpm，Brookfield)为0-1000mPa.s。

涂布液的固体含量可以为40％-75％，优选50％-75％，特别优选60％-65％。

自由下落的液幕包含至少一种选自下组的基料：苯乙烯-丁二烯胶乳基料、乙烯-丙烯酸蜡、聚乙烯、聚酯、苯乙烯-丙烯酸烷基酯胶乳基料、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈胶乳基料、苯乙烯-马来酸酐基料、苯乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐基料、多糖、蛋白、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、纤维素和纤维素衍生物。自由下落的液幕额外包含选自下组的有机和/或无机颜料：高岭土、滑石、碳酸钙、沉淀碳酸钙、二氧化钛、缎光白、合成聚合物颜料、锌氧化物、硫酸钡、石膏、硅石和三水合铝。

另外，涂布泥浆的自由下落的液幕包含分子量Mw为1-50百万、优选分子量Mw为5-45百万的聚丙烯酰胺，以及自由下落的液幕优选包含分子量Mw为20-40百万的聚丙烯酰胺。

自由下落的液幕的布鲁克菲尔德(Brookfied)粘度为20-5000mPa.s，优选20mPa.s-2000mPa.s，特别优选20mPa.s-1300mPa.s(2号转筒)。

涂布泥浆的涂层重量基于底材上的干重量为0.1g/m²至50g/m²。

上文所述的着色的涂布泥浆配制剂的pH通过添加10％的NaOH水溶液调节至8.7。上文所述的涂布泥浆配制剂的固体含量通过用水稀释来调节。

对于添加到涂布泥浆中的添加剂，可以使用缔合增稠剂。缔合增稠剂通常是具有肩并肩亲水和疏水结构单元的疏水改性的聚合物增稠剂。该类增稠剂的重要成员是聚氨酯增稠剂(＝疏水改性的乙氧基化氨基甲酸酯HEUR或PU增稠剂)和HASE增稠剂(＝疏水改性的可碱溶胀的乳液)。缔合增稠剂能够通过分子内的疏水基团吸附在基料颗粒的表面上，并且能够在水相中形成网络状(cell-like)缔合络合体。涂布泥浆的粘度因而可以在富含基料的配制剂中以目标方式在中高剪切速率下增加。

对于纤维素醚，也广泛使用通常由HEC或EHEC起始的疏水改性类型(HEER＝疏水改性纤维素醚)。然而，这些倾向于常规方式增稠并通常仅仅表现出与基料颗粒的弱缔合相互作用。聚氨酯增稠剂经常包含聚乙二醇，异氰酸酯(例如六亚甲基二异氰酸酯)和具有疏水长链醇和三嵌段结构的聚合物。倾向于亲水的聚氨酯嵌段在其中间存在，然而链端各自通过长链醇来疏水改性。

用于涂料或涂布泥浆的合适增稠剂除了自由基(共)聚合物以外，还有常规的有机和无机增稠剂，例如羟乙基纤维素或膨润土。

另外，还可使用离子或阴离子聚丙烯酰胺和聚乙烯基甲酰胺作为添加剂。

基料聚合物的制备不限于某种方法。事实上，所用用于制备聚合物的已知方法都可使用。优选使用利用自由基聚合的乳液聚合、悬浮聚合、微乳液聚合或微悬浮聚合方法。

在反相乳液聚合和反相微乳液聚合中，获得聚合物的油包水乳液，通常该乳液的固体含量为10-50重量％，优选20-40重量％。

增稠剂可单独使用，但是也可使用增稠剂混合物。

上述的缔合增稠剂或PAM构成可添加到根据本发明建议的涂布泥浆组合物中的流变添加剂的选择。

使用根据本发明建议的涂布泥浆，对于在待涂布底材(例如纸张或纸板)上进行的施涂方法中，尤其可以大大最小化涂装影响，这一点从下述实施例看尤其明显。

根据本发明建议的涂布泥浆的拉伸粘度在所谓的CaBER实验中测定，其中形成液体长丝或液膜，它们的厚度随后在作为主力(dominant force)的表面张力σ的作用下减小。测定作为时间的函数的膜厚度的减小D_mid(t)。由此，根据下列关系确定拉伸粘度η_E，app。

${\mathrm{\&tau;}}_E=\frac{2\mathrm{\&sigma;}}{D_{\mathrm{mid}}\left(t\right)}$

所得拉伸率ε(t)由下式获得：

$\mathrm{\&epsiv;}=-\frac{2}{D_{\mathrm{mid}}}\left(t\right)\frac{\&PartialD;D_{\mathrm{mid}}\left(t\right)}{\&PartialD;t}$

拉伸粘度η_E，app＝τ_E/ε因此根据下式获得：

${\mathrm{\&eta;}}_{E,\mathrm{app}}=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_E}{\mathrm{\&epsiv;}}=-\frac{\mathrm{\&sigma;}}{\frac{\&PartialD;D_{\mathrm{mid}}\left(t\right)}{\&PartialD;t}}$

实施方案/实施例

根据本发明建议的方案在实验中允许在64.4％的固体含量和1300mPa.s的布鲁克菲尔德粘度下在高达2500m/min的速度下施涂7.9g/m²而不会发生漏涂。在该实验中，还可以表明：在1800m/min下，可将固体含量为68.4％和粘度为2650mPa.s的6g/m²的涂层重量借助于幕式淋涂机以良好的质量和良好的运行性能施涂于底材。将碳酸钙与高岭土的颜料混合比为70∶30或60∶40的涂布泥浆以超过1500m/min、甚至高达2500m/min的速度施涂，也不会观察到发生微小漏涂。

在下面的表1-4中，根据本发明的涂布泥浆配制剂包含润滑剂，关于它们的组成进行分项说明。

表1

 

泥浆组成	固体含量(％)	份数
			Hydrocarb 95 ME	78.00	46.00
Hydrocarb 90 ME	78.00	24.00
			Hydragloss 90 EM	72.00	30.00
Styronla D808(或DL930＊)	50.00	8.30
			Acronal S3600 D	50.00	3.70
硬脂酸钙	50.00	0.80
			荧光增白剂	100.00	0.50
防沫剂	100.00	0.00
			表面活性剂	100.00	0.00
增稠剂	44.00	0.50
固体含量	(％)	64.8
			密度	(g/cm3)	1.57
pH	(-)	8.7
			温度	(℃)	18
500ms下的表面张力	(mN/m)
			粘度100rpm(mPa.s)C3/C4	(mPa.s)	1224/1252

表2

 

泥浆组成	固体含量(％)	份数
			Hydrocarb 95 ME	78.00	70.00
Hydragloss 90 EM	72.00	30.00
			Polysalz S	40.00
胶乳(Styronal D536)	50.00	12.00
			硬脂酸钙	50.00	0.80
荧光增白剂	100.00	0.50
			防沫剂	100.00	0.00
表面活性剂	100.00	0.30
			增稠剂	44.00	0.49
			固体含量	(％)	59.4
密度	(g/cm3)	1.51
			pH	(-)	8.7
温度	(℃)	18
			在500ms下的表面张力	(mN/m)
粘度100rpm(mPa.s)	(mPa.s)	668

表3

 

泥浆组成	固体含量(％)	份数
			Hydrocarb 95 ME	78.00	00.00
Hydrocarb 90 ME(AmazonPremium)	78.00	60.00
			Hydragloss 90 EM	72.00	40.00
Styronal D808(或DL930＊)	50.00	12.00
			Acronal S3600 D	50.00
硬脂酸钙	50.00	0.80
			Blancoph或PC	100.00	0.50
防沫剂	100.00
			表面活性剂	100.00	0.00
增稠剂	44.00	0.50
固体含量	(％)	68.1
			密度	(g/cm3)	1.60
pH	(-)	8.7
			温度	(℃)	18

 

在500ms下的表面张力	(mN/m)
			粘度100rpm(mPa.s)C3/C4	(mPa.s)	1270

表4

 

泥浆组成	固体含量(％)	份数
			Amazon Premium	74.00	100.00
DL-966胶乳	50.00	12.00
			硬脂酸钙	50.00	0.80
荧光增白剂	100.00	0.50
			防沫剂	100.00	0.00
表面活性剂	100.00	0.00
			增稠剂	44.00	0.21
			固体含量	(％)	60.3
密度	(g/cm3)	1.52
			pH	(-)	8.8
温度	(℃)	19
			在500ms下的表面张力	(mN/m)
粘度100rpm(mPa.s)	(mPa.s)	780

除了所提及的硬脂酸盐或者除了所提及的硬脂精以外，在根据本发明建议的方案的上下文中，还使用除了硬脂酸钙以外的其它添加剂，以对于幕式淋涂用涂布泥浆组合物的性能具有积极影响。这些其它添加剂包括例如基于天然或合成蜡的蜡乳液或蜡粉末，PTFE蜡乳液或粉末，具有不同水解程度的聚乙酸乙烯酯/聚乙烯醇或聚乙烯基甲酰胺/聚乙烯胺。此外，还可使用有机硅树脂乳液或无机润滑剂，如滑石颗粒。也可以使用具有不同分子量的聚合物，如聚乙二醇、聚四氢呋喃或聚乙烯基吡咯烷酮。由于作为拉伸率和剪切速率的函数的粘度γ的陡峭(steeper)曲线，如上文所讨论的那样，实现了涂覆泥浆的最大屈服点的增加，此外，还实现了成膜性能的改进和流动性的优化，即，促进涂布泥浆的加工性的所有性能和大大改进所得底材(无论该底材是薄膜、是卡纸板卷材、是纸卷材或类似物)的品质的性能。在所有情况下，实现该积极效果的前提条件是：与涂布泥浆组合物的其它组分的相容性足够，使得不会形成聚集体或者凝固物。避免聚集体或者凝固物形成可通过使用合适乳化剂的合适含水配制剂来实现。

根据下文所提及的各个配方的涂布泥浆的粘度通过可由BrookfieldEngineering Laboratories，Inc.，Stoughton，Massachusetts USA获得的布鲁克菲尔德粘度计(RVT)在25℃的温度下测定。为了测量布鲁克菲尔德粘度，将600ml分散体引入到1L烧杯中，并使用4号转筒在100rpm的转筒速度下测定粘度。将根据下面的配方的涂布泥浆通过幕式淋涂施涂于底材(纸张，卡纸板)。

拉伸流变性测量

为了测量涂布泥浆的拉伸流变性，使用来自ThermoElectron的HaakeCaBER1仪器。将样品液体(涂布泥浆)施于两个压杵之间。圆柱形压杵的直径为6mm，压杵之间的间隙为3mm，以及末端间隙的高度为11mm。将样品液滴在20ms过程中从3mm展开到11mm。由此形成液体长丝。通过激光测微计在两个压杵之间的中央测量长丝直径(Dmid)。基于下列配方，测定拉伸粘度。

假设在CaBER实验中表面张力(σ)作为使液膜破裂的驱动力，根据下列关系存在剪切应力的增加。

${\mathrm{\&tau;}}_E=\frac{2\mathrm{\&sigma;}}{D_{\mathrm{mid}}\left(t\right)}$

所得拉伸率ε(t)根据下式获得：

$\mathrm{\&epsiv;}=-\frac{2}{D_{\mathrm{mid}}}\left(t\right)\frac{\&PartialD;D_{\mathrm{mid}}\left(t\right)}{\&PartialD;t}$

拉伸粘度η_E，app＝τ_E/ε因此按照下列计算：

${\mathrm{\&eta;}}_{E,\mathrm{app}}=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_E}{\mathrm{\&epsiv;}}=-\frac{\mathrm{\&sigma;}}{\frac{\&PartialD;D_{\mathrm{mid}}\left(t\right)}{\&PartialD;t}}$

所谓的亨基应变量ε(t)作为液体长丝或液膜的拉伸量度计算：

$\mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)=2\ln \left(\frac{D_{\mathrm{initial}}}{D_{\mathrm{mid}}\left(t\right)}\right)$

为了基于这些方程计算流变量，长丝直径的改变δDmid(t)/δt由测定值Dmid(t)以数字方式计算。

参考文献：

1.Entov，V.M.和Hinch，E.J.，J.Non-Newt.Fluid Mech.，72(1)，31(1997)

2.McKinley，G.H.和Tripathi，A.，J.Rheol.，44(3)，653(2000).

3.Willenbacher，N.，Proc.of the Int.Congress on Rheology，Seoul，Korea(2004)

图1和2显示了通过幕式淋涂方法将涂布泥浆施涂于卷材状底材的装置的实施方案。

根据图1的示意图显示了这样的施涂装置，通过该装置涂布卷材状底材2的上部。从施涂装置1的开孔出现的膜3在施涂点4与网状底材2的上部接触。卷材状底材2沿输送方向7在第一导向辊5和第二辊6上输送。薄膜3对卷材状底材2的上部的施涂点位于第一导向辊5和第二辊6之间的区域中。

图2显示了放大规模的根据图1示意图的施涂装置1。

施涂装置1包括喷嘴体8，在其底部是出口开孔9。储存于喷嘴体8且具有实施例1-6所述的组成的涂布泥浆以薄膜3的形式从出口开孔9中出来，薄膜3沿施涂点4的方向连续地逐渐变细，并且在施涂点4处与卷材状底材2的表面10接触。在薄膜3从出口开孔9中出来之前，薄膜3被加速，

并且在出口开孔9的底部，形成垂直于拉伸平面的在卷材状底材2的宽度上延展的幕。在薄膜3已经从出口开孔9中出来之后，所述薄膜收缩，并偏斜到施涂点4。卷材状底材2的表面10具有粗糙度11；相应于卷材状底材的表面10的粗糙度11，在卷材状底材2的表面10上形成涂布泥浆的薄膜厚度12。卷材状底材2可以是纸张、卡纸板或者甚至是塑料薄膜，或类似物。气刀13用于保持由底材表面夹带的空气层。

在制备涂布泥浆中，首先制备颜料水分散体。为此，将颜料与供入的水混合，直到达到所需的固体含量和所需的粘度。浆体的粘度优选调节到非常低，以为了脱气。它低于500mPa.s(Brookfield 100rpm 20℃)，优选低于200mPa.s(Brookfield 100rpm，20℃)。可使用的颜料例如是碳酸钙、高岭土、二氧化钛或滑石。如果基料不会不利地影响随后的脱气的话，可以将基料添加到在容器中的颜料分散体中。作为选择，还可仅仅在脱气之后才掺混基料。脱气在脱气装置内进行，供入的分散体在减压下喷雾到该装置中。将从分散体中出来的气体，尤其是空气，从容器中排出。为了确保可脱气组分从分散体(即，涂布泥浆)中出来，将分散体在非常低的绝对压力下以较大的表面积分布。涂布泥浆(分散体)的表面积优选借助于喷嘴通过喷雾来增加；作为选择，也可以通过使用离心盘增加表面积。

增稠剂和添加剂然后可在无空气存在下与提供有颜料的分散体混合。脱气装置可包括例如两个串联连接的脱气段，在脱气段中，将涂布泥浆接连地连续脱气，之后将增稠剂和添加剂在无空气存在下掺混。取决于涂布泥浆的性质，还可以串联连接超过两个，例如3或5个脱气段。脱气段包括带有可抽真空容器的喷雾脱气器。为了调节涂布泥浆，可在第一脱气段的上游连接加热装置，在该装置中，涂布泥浆的所需温度可通过加热或冷却来建立。

参考数字列表

1        施涂装置

2        卷材状底材

3        薄膜

4        施涂点

5        第一导向辊

6        第二辊

7        输送方向

8        喷嘴体

9        出口开孔

10       底材表面

11       粗糙度

12       薄膜厚度

13       气刀

Claims (31)

1.一种幕式淋涂机用涂布泥浆组合物，利用该涂布泥浆组合物将运行的纸张、卡纸板或其它纤维卷材在一侧上或在两侧上都单重或多重涂布，该涂布泥浆组合物除了颜料和基料以外还含有润滑剂。

2.根据权利要求1的涂布泥浆组合物，其中所添加的润滑剂是硬脂酸盐，尤其是硬脂精，优选是硬脂酸钙。

3.根据权利要求1的涂布泥浆组合物，其额外包含增稠剂。

4.根据权利要求3的涂布泥浆组合物，其中所使用的增稠剂是包含丙烯酸或丙烯酰胺或者包含丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物。

5.根据权利要求3的涂布泥浆组合物，其中将润滑剂添加到涂布泥浆组合物中是在添加增稠剂之前进行的。

6.根据前述权利要求任一项的涂布泥浆组合物，其以下列顺序制备：

1.分散颜料并制备颜料混合物，

2.添加分散剂，

3.添加基料，如苯乙烯-丁二烯胶乳或丙烯酸系胶乳、淀粉、PVA，

4.用NaOH或氢氧化铵调节pH至约8.5-9，

5.添加润滑剂，优选硬脂酸钙或植物硬脂精，

6.添加增稠剂和拉伸流变调节剂，或丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物，以及

7.添加其它助剂，如荧光增白剂。

7.根据权利要求1-6任一项的涂布泥浆组合物，其中屈服点(最大拉伸率，超过它薄膜会破裂)通过添加合成和/或天然“润滑剂”来改变，其中泥浆薄膜在幕薄膜转移到底材上时所经历的拉伸率ε＊借助于下面的数学式定义：

ε^＊＝dV/dh

其中

ε^＊：在幕的接触点处速度改变与薄膜厚度改变的比例，

dV：底材速度减去幕的接触速度，

dh：底材上所施加的膜厚度减去接触点处的幕厚度。

8.根据权利要求1的涂布泥浆组合物，其中润滑剂选自下组：基于天然或合成蜡的蜡乳液或蜡粉末，PTFE蜡乳液或PTFE蜡粉末，具有不同水解程度的聚乙酸乙烯酯/聚乙烯醇或聚乙烯基甲酰胺/聚乙烯胺。

9.根据权利要求1的涂布泥浆组合物，其中润滑剂是有机硅树脂乳液或包含滑石颗粒的无机润滑剂。

10.根据权利要求1的涂布泥浆组合物，其中润滑剂选自具有不同分子量的如下聚合物：聚乙二醇、聚四氢呋喃和聚乙烯基吡咯烷酮。

11.一种生产除了照相纸和自粘标签纸以外的单重和/或多重涂布的纸张和/或纸板的方法，这些纸张和纸板特别适于印刷、包装和题字，其中底材使用根据权利要求1-10中的一项或多项的涂布泥浆组合物以自由下落液幕单重和/或多重涂布，以及涂布液具有的通过CaBER方法测定的拉伸粘度在1-15的亨基应变量下为1-10 000Pa.s。

12.根据权利要求11的方法，其中通过CaBER方法测定的拉伸粘度在1-12的亨基应变量下为5-500Pa.s。

13.根据权利要求11或12的方法，其中通过CaBER方法测定的拉伸粘度在1-8的亨基应变量下为10-100Pa.s。

14.根据权利要求11-13中任一项的方法，其中涂布泥浆组合物的布鲁克菲尔德粘度为0.1-5000mPa.s。

15.根据权利要求14的方法，其中涂布泥浆组合物的布鲁克菲尔德粘度为0.1-2000mPa.s。

16.根据权利要求14或15的方法，其中涂布泥浆组合物的布鲁克菲尔德粘度为0.1-1000mPa.s。

17.根据权利要求11-16中任一项的方法，其中涂布泥浆组合物的固体含量为40-75％。

18.根据权利要求17的方法，其中涂布泥浆组合物的固体含量为50-75％。

19.根据权利要求17或18的方法，其中涂布泥浆组合物的固体含量为60-75％。

20.根据权利要求11-19中任一项的方法，其中涂布泥浆组合物包含至少一种基料。

21.根据权利要求11-20中任一项的方法，其中涂布泥浆组合物包含有机和无机颜料。

22.根据权利要求11-21中任一项的方法，其中涂布泥浆组合物包含分子量Mw为1-50百万的聚丙烯酰胺。

23.根据权利要求22的方法，其中涂布泥浆组合物包含分子量Mw为5-45百万的聚丙烯酰胺。

24.根据权利要求22或23的方法，其中涂布泥浆组合物包含特别优选分子量Mw为20-40百万的聚丙烯酰胺。

25.根据权利要求11-24中任一项的方法，其中涂布泥浆组合物的布鲁克菲尔德粘度为20-5000mPa.s，优选20-2000mPa.s，特别优选20-1300mPa.s。

26.根据权利要求11-25中任一项的方法，其中涂布泥浆组合物的涂层重量基于底材上的干重量为0.1-50g/m²。

27.根据权利要求21的方法，其中颜料选自下组：粘土、高岭土、滑石、碳酸钙、二氧化钛、缎光白、合成聚合物颜料、锌氧化物、硫酸钡、石膏、硅石和三水合铝。

28.根据权利要求20的方法，其中基料选自下组：苯乙烯-丁二烯胶乳基料、苯乙烯-丙烯酸酯胶乳基料、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈胶乳基料、苯乙烯-马来酸酐基料、苯乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐基料、多糖、蛋白、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、纤维素和纤维素衍生物。

29.根据权利要求11-28中任一项的方法，其中涂布泥浆组合物包含一种或多种基于如下的聚合物：乙烯-丙烯酸蜡、聚乙烯、聚酯、苯乙烯-丁二烯胶乳基料、苯乙烯-丙烯酸酯胶乳基料、苯乙烯-丁二烯丙烯腈胶乳基料、苯乙烯-马来酸酐基料、苯乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐基料、多糖、蛋白、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、纤维素和纤维素衍生物，以及聚硅氧烷。

30.一种底材，尤其是纸张或纸板，其根据权利要求11-29中任一项的方法生产。

31.根据权利要求1-10中任一项的涂布泥浆组合物在根据权利要求11-29中任一项的方法中作为涂料的用途，其中该涂布泥浆组合物的固体含量大于60％，并且以大于1200m/min的机器速度和低于30g/m²的涂层重量用于幕式淋涂机。