CN103052749A - 具有柔软触感的涂布高级纸 - Google Patents

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Abstract

用于书写、包装和/或印刷、特别是胶版印刷的高级纸，其包括松密度大于或等于1.10cm3/g的纤维层以及至少一个涂层，所述涂层在纤维层的一个面或每个面上的干沉积量为3-10g/m2，以及所述涂层包含至少一种矿物颜料、至少一种用作粘合剂的乳胶，以及至少一种含水聚氨酯分散物，相对于涂层中的颜料的干重，所述含水聚氨酯分散物的量为0.5-8%的干重，于是该涂布纸具有类似于纤维层的纹理。

Description

具有柔软触感的涂布高级纸
技术领域
本发明涉及一种用于书写、包装和/或印刷、特别是胶版印刷的涂布高级纸，以及用于制备其的方法。
背景技术
在印刷造纸工业中，可以根据纸的用途区分各种纸，各个用途对应于具有特定类型的印刷机的用户以及对应于特定的市场。于是，造纸业的客户从各种出售的纸中选用最适于待使用的印刷机印刷并且在质量和成本上可最大满足用户需求的纸。
存在多种类型的印刷机或印刷，包括桌式喷墨印刷机、连续喷墨印刷机、黑白胶印机(例如用于印刷报纸)、四色胶印机(四色印刷机)、数字胶印机、热胶印机、电子照相印刷机(影印机、激光打印机)、照相凹版印刷机、丝网印刷机，以及升华印刷机。
用于在纸上印刷的油墨取决于印刷的类型。用于喷墨印刷的油墨包括挥发性溶剂或水作为载体，然而，用于胶版印刷的油墨使用植物油或石油馏分作为载体。
对于四色胶版印刷来说，可以使用如下两种类型的纸：铜版纸(coated paper)和高级纸(fine paper)。
铜版纸包括传统地在其上沉积了涂层的纸，该涂层包括粘合剂和颜料。于是，纸纤维被涂层遮盖，使得它们不再是可见的。纸仅用作用于涂层的载体，该涂层被设计成可给予铜版纸非常好的印刷质量。因此，在最终的产品中，用作铜版纸的载体的纸是不可见的，从而可以既有相对较差的品质。
铜版纸具有较低的松密度(bulk)(通常小于1.04cm3/g)，以及用于制造铜版纸的纸浆包括各种品质的纤维素纤维、粘合剂以及相对大量的填料(相对于纸的总干重，通常超过15％的干重)。
通常使用给予铜版纸平滑性的平滑涂布技术比如刮刀以18-35g/m2每面的速率将颜料涂层沉积在支撑纸上，从而遮盖纸的缺陷，比如支撑纸的纤维层所导致的透视度(look-through)和粗糙度。
使用如下机器以较低的成本生产铜版纸：该机器具有几米的宽度并且典型地以超过1000m/min的薄片卷绕速度运转。首先，在纸上涂覆作为第一层颜料涂层的底层涂料(primer)，该底层涂料以几个g/m2的在线速率被沉积，然后，涂覆限定最终产品的可印刷性的上述颜料涂层，然后在生产线的末端进行压光。
另一方面，高级纸是有价值的或高品质的纸，不同于传统纸或用于制备铜版纸的载体，尤其体现在如下方面：其松密度、用于制造其的纸浆成分以及较高的制造成本。作为使用的制造方法的结果和/或对其进行的处理比如压纹的结果，高级纸通常是有印纹或纹理的。
高级纸具有大于或等于1.10cm3/g的松密度，以及用于制造其的纸浆包括高品质的纤维素纤维、粘合剂，以及较小比例的填料和/或添加剂，比如淀粉。
高级纸的重要特征是其可印刷性，尤其是用于在其上印刷的油墨的干燥时间。当高级纸被印刷时，比如通过胶版印刷方法进行印刷时，所用油墨的干燥时间相对较短是重要的，这使得在高级纸彼此堆叠时，沉积在高级纸正面上的油墨不会玷污另一张高级纸的反面，或者在同一张高级纸被卷起时，沉积在该高级纸的正面上的油墨不会玷污其反面。
用于四色胶版印刷的高级纸通常未经处理。油墨直接沉积在仅覆盖通常的添加剂的纤维上。在该情况中，纸在其表面上没有颜料以及纸的纤维是可见的并且在印刷后清楚可见。特别地，高级纸的桉树纤维是肉眼可见的，从而在高级纸的表面上形成较小的亮点(glossy dot)。高级纸的可见纹理外观在印刷表面上产生了凹凸(relief)，从而在该高级纸上印刷之后获得了用户欣赏的在美学上非常令人愉悦的最终再现(rendition)。高级纸与铜版纸之间另一重要差异在于，铜版纸由于在纸上沉积的涂层而具有一些表面粗糙度，而高级纸则由于其特定的纹理而本身具有表面粗糙度。
高级纸通常是有纹理的或有印纹的，并且其纹理可以是天然的和/或在压力下形成的，即其可通过压纹法或印纹法或者类似的方法获得。高级纸的压纹可以在纸的制造期间(比如通过用于拉伸纸浆的合适的布或者通过压花或压印辊(marking roller))或其后进行。经压纹的高级纸包括在其至少一个面上是凹入的和/或凸出的图案，比如使印刷后的最终产品具有纹理比如曲线或几何图形。另一方面，铜版纸通过在制造方法中使用的元件而具有不显示纤维层或者载体的印纹的平滑表面。高级纸可以是直纹的(laid)以及可包括比如使用压花水印辊制造的直纹线(laid lines)。
然而，根据现有技术的高级纸遭受相对较差的印刷质量，特别地由于所用油墨的干燥时间非常长。实际上，高级纸的纤维没有充分地固定印刷油墨，从而不能使油墨迅速干燥。此外，由于平滑性依赖于高级纸的其自身结构不均匀的纤维层，故平滑性是不均匀的。
有人提出处理高级纸的方案，以便改善高级纸的印刷质量，同时避免遮盖该纸的表面凹凸(surface relief)。在该情况中，以8-16g/m2的速率在高级纸的一个表面上沉积包括颜料和粘合剂的涂层组合物，以改善高级纸的可印刷性。
然而，现有技术中使用的涂层组合物不是非常令人满意的，这是因为它们改变了具有这些组合物的涂布高级纸的性能，尤其是其松密度或机械强度和纹理。
对于高级纸来说，纸的机械强度是重要特征。纸的松密度越大，其机械强度越大，用户用手拿纸时所感受的高级纸的品质越高。
然而，在高级纸上涂覆颜料组合物趋于降低其松密度。与涂布的传统纸不同，相对较小量的该涂层组合物被沉积在高级纸上从而保持有效的松密度。
手感或触感也是高级纸的重要特征。实际上，高级纸的用途通常是被用户的手拿着从而以书写或印刷的形式传送信息或者以包装的目的携带物体。通过与用户的手的物理接触，感官信息被添加到书写信息或拿着的包装物体上以形成对物体的整体感觉。
通常由短纤维素纤维构成的高级纸的特征在于其具有柔软纹理(soft texture)。由棉纤维构成的高级纸也是非常柔软的。该柔软度根据纸的纤维组合物、纸中使用的填料的品质以及纸的最终粗糙度而发生一定程度的改变。然而，高级纸的特点仍在于它们具有柔软的表面，这对于触感来说是特别令人愉悦的。
然而，已经注意到，根据现有技术的被颜料组合物涂覆的高级纸的纹理不像涂覆前的同种高级纸那样柔软(更粗糙)。换句话说，即使在高级纸上沉积少量的根据现有技术的涂层组合物也会改变该纸的触感，该纸的触感特别地因涂层组合物中的颜料的存在而变得更粗糙。
发明内容
本发明适于通过给予高级纸类似于该纸涂覆前的柔软度的高级纸涂层组合物来解决该问题。其目的还在于提高高级纸(尤其是用于胶版印刷的高级纸)的可印刷性，同时保持其纹理。
因此，本发明涉及一种用于书写、包装和/或印刷、特别是胶版印刷的高级纸，其包括松密度大于或等于1.10cm3/g的纤维层以及至少一个涂层，所述涂层在纤维层的一个面或每个面上的干沉积量为3-10g/m2，以及包含：
至少一种矿物颜料，
至少一种用作粘合剂的乳胶，以及
至少一种含水聚氨酯分散物，相对于涂层中的颜料的干重，该含水聚氨酯分散物的量为0.5-8％的干重。由于限定的含水聚氨酯分散物，涂布高级纸具有类似于纤维层的纹理。
高级纸的定义以及高级纸与常规纸或铜版纸之间的区别如上所述。本发明的高级纸具有大于或等于1.10cm3/g、优选大于1.2cm3/g、以及比如大于1.25cm3/g的松密度。例如，所述纸的厚度在0.1mm至0.5mm的范围内，优选在约0.15mm至0.35mm的范围内，和/或所述纸的纸张定量(basis weight)在100g/m2至300g/m2、优选在120g/m2至240g/m2的范围内。高级纸的松密度为其厚度被其纸张定量除时的比值。
根据本发明的高级纸的纤维层优选由纤维素纤维、粘合剂，以及填料构成，相对于纸的总干重，所述纤维层的量小于22％的干重、优选小于15％的干重。进一步地，本发明的高级纸可以通过上述方法经由天然的和/或在压力下的方式被纹理化，于是本发明的高级纸可包括凸出的和/或凹入的图案、不改变或少许地改变所述表面上的纹理的上述涂层。通常，这些图案显示出至少几十个微米的尺寸。
涂层组合物在纤维层的一个面或每个面上的沉积相对较小(在3-10g/m2的范围内，优选在5-7g/m2的范围内，更优选为约5g/m2或6g/m2)从而不遮盖纸的纹理并且对其松密度具有较小的影响，于是保持初始纤维层的触觉、视觉以及机械强度特征。有利地，涂布高级纸的外观、纹理和光泽度类似于初始纤维层的那些特征。进一步地，在胶版印刷之后，根据本发明的高级纸具有令人满意的印刷均匀度(由于缺少麻点(mottling))。
涂层组合物中的矿物颜料的存在特别地通过提高印刷期间的油墨的干燥时间可以提高高级纸的可印刷性。
矿物颜料优选在沉积涂层中作为主要成分(就重量来说)存在。矿物颜料在沉积涂层中的重量可以超过50wt％，优选为60-95wt％，更优选为70-90wt％，例如80-90wt％。矿物颜料可以2-9g/m2、优选4-8g/m2、更优选4-7g/m2的速率被沉积在纤维层上。
所述涂层或各个涂层的粘合剂是乳胶，例如基于苯乙烯-丁二烯共聚物和/或苯乙烯-丙烯酸共聚物的乳胶。相对于涂层的总干重，所述涂层或各个涂层中的乳胶的量可为1-10％的干重。
含水聚氨酯分散物给予高级纸所寻求的类似高级纸涂覆前的柔软触感。涂层中的该分散物的量相对较小(相对于涂层中的颜料的总干重，其为0.5-8％的干重、优选1-6％的干重，更优选1-5％的干重)，这是因为过大量的该分散物将给予涂层发粘表面。
所述涂层或各个涂层中使用的聚氨酯可由二异氰酸酯和聚醚构成。其优选为非离子的从而有利于其与该涂层中的其他成分混合。聚氨酯的玻璃转化温度优选低于-40℃，例如约-55℃，从而在室温下具有柔软一致性(soft consistency)。可使用LAMBERTI以商标ESACOTE销售的非离子聚氨酯的含水分散物来制备根据本发明的高级纸。
根据本发明的高级纸的涂层表面或各个涂层表面的光泽度可以为2-7％，优选3-6％。例如，其低于6％。高级纸的涂层表面或各个涂层表面印刷后的光泽度可以为约4-12％，优选6-9％。例如，其低于8％。高级纸的光泽度根据
Figure BDA00002808039000051
标准在75°处测定，所用印刷油墨为100％黑墨(比如该油墨：
Figure BDA00002808039000052
系
Figure BDA00002808039000053
)。
根据本发明的另一特征，所述涂层或各个涂层包含碳酸钙和/或高岭上。碳酸钙的优点是相对便宜以及给予高级纸白度。碳酸钙优选为涂层的主要颜料。相对于涂层中的颜料的总干重，所述涂层或各个涂层可包含50-95％、优选60-90％、更优选60-70％干重的碳酸钙。可以使用IMERYS以商标
Figure BDA00002808039000054
消售的碳酸钙来制备根据本发明的高级纸。
所述涂层或各个涂层可进一步包含滑石和/或多孔无定形二氧化硅。滑石的优点是具有柔软纹理以及提高涂布高级纸的纹理。
相对于涂层中的颜料的总干重，所述涂层或各个涂层可包含5-50％、优选15-40％、更优选20-30％干重的滑石。由于过大量比如大于50％的滑石将降低涂层的白度以及导致涂层多于光亮，故所述涂层或各个涂层中的滑石的量相对较小。滑石粒径优选为1-5μm。可以使用MONDO MINERALS以商标
Figure BDA00002808039000055
销售的滑石来制备根据本发明的高级纸。
相对于涂层中的颜料的总干重，所述涂层或各个涂层可包含1-15％、优选4-12％、更优选6-10％干重的多孔无定形二氧化硅。二氧化硅可以降低印刷(特别是胶版印刷)期间油墨的干燥时间，从而给予涂布高级纸类似于未涂布高级纸的光泽。可以使用GRACE以商标
Figure BDA00002808039000056
销售的二氧化硅来制备根据本发明的高级纸。
所述涂层或各个涂层可进一步包含至少一种染料、和/或至少一种光学增白剂、和/或至少一种蜡、和/或淀粉、和/或至少一种聚乙烯醇(作为粘合剂)、和/或至少一种交联剂、和/或至少一种增稠剂、和/或硬脂酸钙。
在所述涂层或各个涂层中添加染料和/或光学增白剂可以给予涂层均一的颜色。聚乙烯醇可用作用于光学增白剂的基材。
相对于涂层的总干重，涂层可包含0.2-0.6％、优选0.3-0.5％例如约0.4％干重的交联剂。交联剂可用于交联乳胶和/或聚乙烯醇，从而提高涂层的抵抗性(resistance)，尤其是对水的抵抗性。
相对于涂层的总干重，涂层可包含1-10％、优选3-8％例如4-6％干重的聚乙烯醇。相对于涂层的总干重，涂层可包含0.8-1.2％、优选约0.8-1％干重的增稠剂。该增稠剂可以是羧甲基纤维素。相对于涂层中的颜料的总干重，涂层可包含0.3-3％、优选1-2％干重的硬脂酸钙。
因此，优选该纸在其各个面上包含根据本发明的涂层，从而是对称的。
根据本发明的高级纸优选包括至少一个涂层，所述涂层包含：
相对于涂层中的颜料的总干重，至少60％干重的碳酸钙以及4-12％干重的多孔无定形二氧化硅，
相对于涂层中的颜料的总干重，1-6％干重的含水聚氨酯分散物，以及
相对于涂层中的颜料的总干重，1-10％干重的乳胶。
相对于涂层中的颜料的总干重，所述涂层或各个涂层可包含20-30％干重的滑石。
可选地，相对于涂层中的颜料的总干重，所述涂层或各个涂层包含至少90％干重的碳酸钙。
根据本发明的涂布高级纸具有50-400ml/min的本特森(Bendtsen)粗糙度。该粗糙度优选大于100ml/min和/或低于或等于200ml/min。
本发明还涉及一种用于制备上述高级纸的方法，其特征在于，所述方法包括通过幕帘或气刀涂布或使用迈耶尔棒(Meyer bar)在纤维层上沉积所述涂层或各个涂层的步骤。高级纸可在涂层后进行压光。
不同于通过刮擦涂层对高级纸的纤维层施压的刮刀涂布技术，幕帘和气刀涂布技术并不使高级纸平滑，而仅是在高级纸上沉积涂层，其中该涂层符合高级纸的纹理。通过这些技术沉积的涂层具有更均一的厚度并且涂层的外表面不是如此的平滑并且是更印纹化的，借此有助于印刷后的最终再现。
通过阅读如下包括几个对照例的说明可更好地理解本发明以及本发明的其它细节、特征、和优点。
具体实施方式
涂布高级纸使用申请人销售的高级纸制备。将涂层组合物沉积在各个高级纸的一个面上，然后测试获得的涂布高级纸以评估其纹理和印刷后的油墨的干燥时间。如下表格包括这些涂布高级纸的组合物以及由这些测试获得的结果。
Figure BDA00002808039000071
未涂布的
Figure BDA00002808039000081
高级纸(纤维层)的光泽度为5-7％。该纸印刷(用100％的黑色印刷油墨，密度：1.5，比如该油墨：
Figure BDA00002808039000082
Figure BDA00002808039000083
″Supreme Bio″系列)后的光泽度为6-9％。高级纸的各个面的动摩擦系数根据NF-Q-03-082标准用200g垫片测定，其值为0.86。
实施例1-4涉及未被本发明覆盖的涂布高级纸。
沉积在这些实施例的每个中的高级纸上的涂层包括碳酸钙(作为主要成分)和多孔无定形二氧化硅作为矿物颜料。各个涂层包含乳胶作为粘合剂、聚乙烯醇、交联剂和增稠剂。实施例1-4中的涂层没有包含含水聚氨酯分散物并且包含适于提高高级纸在抛光机器中的插入性的蜡。
沉积在各个高级纸的一个面上的涂层的含量是5g/m2。
人工观察到获得的涂布高级纸的纹理不同于初始高级纸或纤维层的纹理。
该纹理上的差异可根据纤维层与涂布高级纸之间的本特森粗糙度和贝克(Bekk)平滑度的差异看出。
实施例1-4中的高级纸的涂层导致其粗糙度的增加，在实施例3和4的情况中是显著的(涂层后增加了超过或等于70ml/min)。
高级纸涂层后的贝克平滑度相对明显地降低(在实施例1的情况中从24s降低到18s)，表明这些高级纸的粗糙度增加。
实施例1-4中的高级纸涂层后的粗糙度相对显著的增加(通过其本特森粗糙度的增加或其贝克平滑度的降低来说明)表明其纹理发生改变。
实施例5-8涉及根据本发明的涂布高级纸。
沉积在高级纸上的涂层在实施例5-6中包含碳酸钙和多孔无定形二氧化硅作为矿物颜料，在实施例7和8中，其还包含滑石。
实施例5和6中的涂层包含乳胶作为粘合剂、聚乙烯醇、交联剂、增稠剂，以及含水聚氨酯分散物。实施例7和8中的涂层还包含硬脂酸钙。
在实施例5-8中，在各个高级纸的一个面上沉积的涂层的量为5g/m2或6g/m2。
颜料涂层中的含水聚氨酯分散物的存在给予实施例5-8中的涂布高级纸非常类似于初始高级纸的柔软纹理。进一步地，在实施例7和8的情况中，这些涂布高级纸的四色胶版印刷的品质较高。实施例7中的涂布高级纸的动摩擦系数为0.67(根据NF-Q-03-082标准使用200g块体测定)。
实施例5-8中的高级纸涂层后的本特森粗糙度很少或没有改变(实施例8中至多增加1ml/min，或者在涂层后降低)。进一步地，这些纸涂层后的贝克平滑度在实施例5-6中较小程度地降低，在实施例7和8中甚至增加。贝克平滑度在实施例7和8中的增加可通过所用涂布技术即气刀涂布技术解释。
实施例5-8中的高级纸涂层前后的粗糙度或平滑度的较小差异说明该涂布纸的纹理类似于初始纤维层的纹理。
实施例9涉及在本发明范围之外的涂布高级纸。
沉积在高级纸上的涂层不包含含水聚氨酯分散物，并且获得的涂布高级纸具有不同于高级纸基材的纹理(通过其本特森粗糙度52ml/min的明显增加可说明)。
总之，根据本发明的涂布高级纸具有与未涂布高级纸或纤维层类似的本特森粗糙度和贝克平滑度，从而保持其初始柔软纹理。

Claims (18)

1.用于书写、包装和/或印刷、特别是胶版印刷的高级纸，其包含松密度大于或等于1.10cm3/g的纤维层以及至少一个涂层，所述涂层在纤维层的一个面或每个面上具有3-10g/m2的干沉积量，所述涂层包含：
至少一种矿物颜料，
至少一种用作粘合剂的乳胶，以及
至少一种含水聚氨酯分散物，相对于涂层中的颜料的干重，所述含水聚氨酯分散物的量为0.5-8%的干重。
2.如权利要求1所述的高级纸，其特征在于，所述涂层或各个涂层包含碳酸钙和/或高岭土。
3.如权利要求2所述的高级纸，其特征在于，相对于涂层中的颜料的总干重，所述涂层或各个涂层包含50-95%、优选60-90%、更优选60-70%干重的碳酸钙。
4.如权利要求2或3所述的高级纸，其特征在于，所述涂层或各个涂层还包含滑石和/或多孔无定形二氧化硅。
5.如权利要求4所述的高级纸，其特征在于，相对于涂层中的颜料的总干重，所述涂层或各个涂层包含5-50%、优选15-40%、更优选20-30%干重的滑石。
6.如权利要求4或5所述的高级纸，其特征在于，相对于涂层中的颜料的总干重，所述涂层或各个涂层包含1-15%、优选4-12%、更优选6-10%干重的多孔无定形二氧化硅。
7.如上述权利要求中任一项所述的高级纸，其特征在于，所述涂层或各个涂层还包含至少一种染料、和/或至少一种光学增白剂、和/或至少一种蜡、和/或淀粉、和/或至少一种聚乙烯醇、和/或至少一种交联剂、和/或至少一种增稠剂。
8.如上述权利要求中任一项所述的高级纸，其特征在于，相对于涂层中的颜料的总干重，所述涂层或各个涂层包含硬脂酸钙，优选0.3-3%干重的硬脂酸钙。
9.如上述权利要求中任一项所述的高级纸，其特征在于，所述涂层或各个涂层的干沉积量为5-7g/m2，优选为约6g/m2。
10.如上述权利要求中任一项所述的高级纸，其特征在于，相对于颜料的总干重，所述涂层或各个涂层中的含水聚氨酯分散物的量为1-6%、优选1-5%的干重。
11.如上述权利要求中任一项所述的高级纸，其特征在于，所述含水聚氨酯分散物是含水非离子聚氨酯分散物。
12.如上述权利要求中任一项所述的高级纸，其特征在于，所述涂层或各个涂层包含：
相对于涂层中的颜料的总干重，至少60%干重的碳酸钙以及4-12%干重的多孔无定形二氧化硅，
相对于涂层中的颜料的总干重，1-6%干重的含水聚氨酯分散物，以及
相对于涂层中的颜料的总干重，1-10%干重的乳胶。
13.如权利要求12所述的高级纸，其特征在于，相对于涂层中的颜料的总干重，所述涂层或各个涂层包含20-30%干重的滑石。
14.如权利要求12所述的高级纸，其特征在于，相对于涂层中的颜料的总干重，所述涂层或各个涂层包含至少90%干重的碳酸钙和不超过10%干重的多孔无定形二氧化硅。
15.如上述权利要求中任一项所述的高级纸，其特征在于，所述高级纸的涂层表面或各个涂层表面的光泽度为2-7%，优选3-6%。
16.如上述权利要求中任一项所述的高级纸，其特征在于，所述高级纸的涂层表面或各个涂层表面被印刷并且印刷后的光泽度为6-9%。
17.用于制备根据上述权利要求中任一项所述的高级纸的方法，其特征在于，所述方法包括通过幕帘或气刀涂布技术或使用迈耶尔棒在纤维层上沉积涂层或各个涂层的步骤。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述高级纸在涂层后被压光。
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