CN103502018B - 高速数字喷墨卷筒纸印刷机印刷中使用的介质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

用于数字高速喷墨卷筒纸印刷机印刷的介质具有大于300J/Kg的CD残余抗张能量吸收指数。该介质包括具有小于2.0的MD/CD抗拉刚度指数比和大于500J/Kg的抗张能量吸收指数的纸基。该纸基包含软木纤维与硬木纤维之比在3:7至7:1范围内的纤维的混合物，阳离子淀粉与纤维之比大于1.0%的内部淀粉，和在纸基重量的约1.0%至约12.0%范围内的填料。该介质进一步包括在纸基的侧面上的图像接收涂层。

Description

高速数字喷墨卷筒纸印刷机印刷中使用的介质及其制备方法

相关申请的交叉引用

N/A。

关于联邦资助研究或开发的声明

N/A。

背景技术

存在多种商业的高速印刷方法以制备大量的印刷材料，例如书籍、杂志、新闻纸和宣传册。过去，传统的模拟印刷机，例如卷筒纸输纸胶印和凹版接触印刷机是用于这种商业应用的最普通的印刷机类型。近些年来，数字卷筒纸输纸高速喷墨非接触式印刷机由于以对消费者来说相对低的成本下100%可变印刷内容和多色印刷，已经变得更流行。

用于这些更传统类型的卷筒纸输纸胶印或凹版印刷机的纸介质具有高的纵向（MD）与横向（CD）抗拉刚度比，其可以在纸的制造期间获得。高的MD/CD抗拉强度比意味着印刷介质可以承受来自围绕辊被拉紧的张力，所述辊在印刷过程中在印刷机中以高速在纵向方向移动卷筒纸。通常用于这些更传统的模拟印刷机的纸介质可以在高速卷筒纸喷墨（非接触式）印刷设备上某种程度上可接受地使用。

附图简要说明

结合附图参考以下更详细的说明可以更容易地理解根据本文描述的原理的实施例的各个特征，其中相同的附图标记表示相同的结构要素，和其中：

图1A和1B显示了根据依据本文描述的原理的实施例的介质的侧视图。

图2显示了制备根据依据本文描述的原理的实施例的介质的方法的流程图。

某些实施例具有其它特征，所述特征是除了在以上提到的图中显示的特征之外的和替代的特征。以下参考前述附图详细说明这些和其它特征。

发明详述

虽然通常用于更传统的模拟印刷机的纸介质可以在高速卷筒纸输纸喷墨（非接触式）印刷设备上某种程度上可接受地使用，但是这些纸介质经受与起褶、卷曲、起皱、折痕和偏移相关的一种或多种问题和其它类似问题，其会不利地影响生产能力、产品质量和成本。例如，由于施加到纸介质上的喷墨油墨的彩色颜料通常使用水基液体载体，喷墨印刷比胶印和凹印印刷具有高得多的水分含量。因此，根据本文描述的原理的实施例涉及在数字高速喷墨卷筒纸印刷机印刷中更加有用的介质。根据本文的原理的介质在印刷和整理期间显示出改善的走纸性。所述介质是重量轻的、涂布的、纸基介质，因为该介质包括纸基和在纸基的一个表面或两个表面上的促进在介质上形成图像的涂层。所述纸基具有小于2.0的纵向/横向（MD/CD）抗拉刚度指数（TSI）比和在纵向（MD）和横向（CD）中的每一个上大于500J/Kg（TEA/纸张定量）的抗拉能量吸收（TEA）指数。此外，所述介质具有大于300J/Kg的CD残余抗张能量吸收指数。

低MD/CD TSI比意味着以在MD上排列的纤维为代价在纸基中更加无规的纤维取向。更无规的纤维取向意味着更高的CD抗拉刚度，其有利于纸基纤维的更少的CD（非均匀的）吸湿膨胀。例如，非均匀吸湿膨胀似乎与起褶和偏移问题有关。起褶是指当用水（例如来自水基喷墨油墨）润湿时，在纸纤维宽度上的小尺度的膨胀。低MD/CD TSI比主要通过降低在纸张制造期间喷射速度与形成线速度之间的差异来实现。高TEA指数（MD和CD二者）通过增加在纸基中阳离子淀粉与纤维之比来实现。高TEA指数值意味着更强的介质，例如其在印刷和在整理期间具有改善的走纸性，具有减少的（并且在一些实例中，最小化的）卷筒纸断裂、起褶、起皱和折痕。根据本文描述的原理的介质可以提供优异的印刷质量、在印刷和整理期间改善的走纸性（在线和离线的一个或二者）和对于高速数字喷墨卷筒纸印刷机生产来说改善的切纸(sheet cut)质量中的一个或多个。

根据本文描述的原理的介质的纸基包含软木纤维和硬木纤维的混合物。在混合物中软木纤维与硬木纤维之比在约3：约7至约7：约1的范围内（即，3:7至7:1）。在一些实例中，软木纤维与硬木纤维之比为最小3:7和最大7:1。此外，所述纸基包含内部淀粉和无机填料。内部淀粉包括但不限于阳离子淀粉，以大于1.0%的阳离子淀粉与纤维之比提供。所述填料以足以获得纸基重量的约1.0%至约12.0%的灰含量的量提供。

在一些实例中，纸基进一步包含总量占纤维重量的约0.0075%至约9.00%的一种或多种试剂和添加剂。例如，所述纸基可以进一步包含内施胶，杀生物剂、防腐剂、漂白剂中的一种或多种，助留剂和助滤剂中的一种或两者，光学增白剂（OBA）和其它功能性添加剂和操作添加剂，包括但不限于例如染料、消泡剂、缓冲剂和树脂控制剂。

此外，可以表面处理或涂布所述纸基以改善喷墨油墨图像在介质表面上的保持和固定。在所述纸基上的表面处理溶液或涂层是可以施加到纸基的一侧或相对的两侧二者上的图像接收层。所述图像接收层与水基或溶剂基喷墨油墨兼容并且由此也可以在本文中被称为油墨接收层组合物、表面处理溶液或涂层。这种油墨接收组合物可以包含油墨固定剂，包括但不限于二价金属盐、多价金属盐（例如，钙、镁或铝的）和这些盐的组合；和表面施胶添加剂（例如淀粉、填料和聚合施胶剂）。此外，油墨接收组合物可以包含一种或多种颜料（例如，粘土和二氧化硅）、粘合剂（例如，乳胶和聚乙烯醇）、和其它添加剂，例如以各种组合。此外，在介质上形成图像的喷墨油墨可以是染料基的或颜料基的，使用水基化学溶液携带并递送到所述纸介质。

在一些实例中，如本文所述的在数字高速喷墨卷筒纸印刷机印刷中使用的介质（即，涂布有图像接收层）具有等于或小于1.9的MD/CD TSI比。该介质进一步具有大于800J/Kg的CD 抗张能量吸收指数。

如本文所使用的，冠词“一”旨在具有在专利领域中其普通的含义，即“一个或多个”。例如，“一种填料”通常指一种或多种填料并且由此“该填料”在本文中指“该一种或多种填料”。如在本文中使用的短语“至少”指该数目可以等于或大于列举的数字。本文中所使用的术语“约”指列举的数字可以通过在±10%内变化，例如“约5”指4.5-5.5的范围。当与两个数字结合使用时术语“在...之间”，例如“在约2和约50之间”包括列举的两个数字。本文提供的数值的任何范围包括在提供的范围内或在提供的范围之间的数值和范围。本文所使用的术语“基本上”指大部分或几乎全部、或全部，或例如约51%至100%的范围的量。此外，在本文中任何引用“顶”、“底”、“较高”、“较低”、“上”、“下”、“后”、“前”、“左”或“右”在本文中不旨在作为一种限制。除非另有说明，在本文中使用标识“第一”和“第二”是为了区别项目的目的，例如“第一侧”和“第二侧”，而不旨在暗示任何顺序、次序或一个项目在另一个项目之上的重要性或任何操作的次序。此外，本文中的实例仅旨在说明并仅为了讨论的目的而给出，并不作为限制。

根据本文描述的原理，在数字高速喷墨卷筒纸印刷机印刷中使用的介质是重量轻的、涂布的、多孔介质，其具有小于2.0的低MD/CD TSI比以降低CD吸湿膨胀和起褶。所述介质进一步具有大于600J/Kg的高TEA指数以改善巻筒纸印刷机的走纸性和整理器走纸性，包括在线、近线和离线整理的一种或多种。如此，在数字高速喷墨卷筒纸印刷机印刷和整理中，该介质显示出可接受的切纸质量，例如干净的边缘，具有减少的磨损、纤维羽化或其他一般的不均匀，和具有降低的折痕、起褶、起皱或遭受卷筒纸断裂的倾向。介质的低MD/CD TSI比部分通过当形成纸幅时以在纵向（MD）取向的纤维为代价增大纸基中的无规纤维取向来实现。在下面就制备这种介质的方法进一步描述了增大无规纤维取向。此外，伴随的MD TSI损失（由于更少的在MD上的纤维取向）通过增加阳离子淀粉在纤维配料中的含量来补偿。特别地，增加纸基的阳离子淀粉与纤维之比提供或有利于根据本文描述的原理的介质的高TEA指数特性。

此外，所述介质的小于2.0的低MD/CD TSI比和大于600J/Kg的高TEA指数部分通过使用包含软木纤维和硬木纤维的纤维混合物的纸基实现，软木纤维与硬木纤维之比例如在约3：约7至约7：约1的范围。在一些实例中，软木纤维与硬木纤维之比在3:6至6:1、或3:5至5:1、或3:4至4:1、3:3至3：1的范围，或在这些范围之间的任何范围，例如约3：约7至约3：约1。在一些实例中，软木纤维与硬木纤维之比在3:3.5至3:4的范围内，或可以是1：约2。在另一个实例中，软木纤维与硬木纤维之比在约3：约1至约2：约1，或约3：约7至约1：约1的范围。来自硬木纸浆的纤维相比软木纤维具有更短的纤维结构和降低的打浆强度(strength with refining)。因此，将更高量的软木纤维加入到纤维混合物或纸浆中来促进改善的抗张刚度和TEA。在一些实例中，纤维混合物包含最低30%的软木纤维。如此，本文中的介质的纸基例如具有不小于500J/Kg的TEA指数，或不小于600J/Kg，或不小于700J/Kg。

可用于纤维混合物的软木的实例包括，但不限于北方软木和南方软木，例如北美的白云杉和松树。可用于纤维混合物的硬木的实例包括，但不限于南方硬木和北方硬木，例如北美的桦木、枫木、和颤杨。所述纸基的纤维混合物可以进一步包含非木纤维（例如，竹子、甘蔗渣和秸秆的一种或多种）和回收纤维（例如消费前和消费后纤维）。该纤维可以以化学纸浆、机械纸浆或混合纸浆的形式包含，所述混合纸浆例如包括但不限于热机械纸浆、化学机械纸浆和化学-热-机械（CTMP）纸浆或这些任何的组合。在纤维混合物中使用的化学纸浆的实例包括但不限于一种或多种硫酸盐纸浆和亚硫酸盐纸浆，其每一种可以或可以不漂白。漂白的纸浆被用于避免通常在未漂白的纸浆中发现的可能的棕色调。

在一些实例中，回收纸浆、机械纸浆、混合纸浆 和非木纤维纸浆各自独立地例如可以以（总纤维重量的）0%至约30%，或约5%至约30%，或约10%至约25%，或约15%至约20%范围内的量包含在纤维混合物中。在一些实例中，最多约15%的纤维混合物是回收纸浆。在一些实例中，最多约10%的纤维混合物是机械纸浆或混合纸浆。在一些实例中，纤维混合物可以包含约25%至约35%的软木化学纸浆、约20%至约30%的硬木化学纸浆和总量约40%至约50%的机械纸浆、混合纸浆和回收纸浆，使得在纤维混合物中软木的总量为至少30%。例如，纤维混合物可以包含约30%的软木化学纸浆、约25%的硬木化学纸浆、约18%的混合纸浆和约25%的回收纸浆，使得在纤维混合物中软木的总量为至少30%。

所述纸基进一步包含内部淀粉和无机填料。在转化为纸幅之前（即，纸基）将这些内部试剂添加到纤维混合物或浆料中。内部淀粉改善了干强度，并且阳离子淀粉例如可以进一步作为助留剂。内部淀粉包括阳离子淀粉并且可以进一步包括阴离子的、交联的、液体或干的预凝胶、非离子的和两性的淀粉中的一种或多种。例如，内部淀粉可以是玉米基的或土豆基的。内部淀粉以阳离子淀粉与纤维之比大于1.0%的量提供。在一些实例中，阳离子淀粉与纤维之比等于或大于约1.10%。在一些实例中，阳离子淀粉与纤维之比在大于1.0%且小于等于约5.0%的范围内，或在一些实例中，最小1.10%和最大5.0%。在一些实例中，总内部淀粉（阳离子和其它类型的淀粉）以纤维重量的大于1.0%且小于等于约11.0%的范围的量提供。在一些实例中，总内部淀粉的量在纤维重量的约1.10%-约11.0%，或纤维重量的约1.5%-约11.0%，或纤维重量的约1.5%-约10.0%，或纤维重量的约2.0%-约11.0%，或纤维重量的约3.0%-约11.0%的范围内。淀粉的实例包括但不限于来自GPC, Muscatine, IA, USA的CHARGEMASTER® L335 阳离子淀粉；来自Penford Products Company, Cedar Rapids, IA, USA的Apollo® 阳离子玉米淀粉、Astro X® 阳离子土豆淀粉、Pencat® 阳离子玉米淀粉和Topcat® 阳离子添加剂；和来自TATE and LYLE, Decatur, IL, USA (以前为 A E Staley)的STA-LOK® 120, 140, 160, 180阳离子蜡质淀粉、STA-LOK® 156, 182两性蜡质玉米淀粉和STA-LOK® 300, 310, 330阳离子马齿种玉米淀粉。

例如，所述无机填料基本上控制所述纸基的某些物理性能。填料的颗粒填充在纤维网的空隙空间中并且基本上产生了与不含填料的相比更致密、更光滑和/或更亮的纸基。然而，例如更少的填料对强度可能是更好是。可以并入纸基的纤维混合物中的填料的实例包括但不限于重质碳酸钙（GCC）、沉淀碳酸钙（PCC）、二氧化钛、粘土和滑石以有任何上述的组合。在一些实例中，纸基包含在纸基重量的约1.0%至12.0%范围内的干重的填料（以灰含量%测量）。在一些实例中，在纸基中的填料的量（灰含量%）为纸基重量的约1.0%至约10.0%，或约3.0%至约10.0%，或约5.0%至约10.0%，或约7.0%至约10.0%。在一些实例中，填料以足以获得小于约12%的灰含量的量提供。填料的实例包括但不限于来自Specialty Minerals, Inc. of Bethlehem, PA, USA的Magfil® PCC或来自Omya North America的Omyafil® GCC。

在一些实例中，纸基进一步包含提供功能性和操作性益处的试剂和添加剂。也可以在转化为纸幅前将这些试剂和添加剂添加到纤维混合物或浆料中。例如，在纸基的纤维混合物中可以以大于纤维重量的0.01%的量提供内施胶剂以改善防水性能。例如，更多的内施胶剂可能会减少与纸基中的纤维的油墨-水相互作用。在一些实例中，可以以纤维重量的约0.015%和约1.00%范围内的量包含内施胶剂。内施胶剂的实例包括但不限于的脂肪酸、烷基烯酮二聚物（AKD）乳化产物、烯基酸酐乳化产物、烷基琥珀酸酐（ASA）乳化产物和松香衍生物中的一种或多种。可商购的ASA和AKD的一些实例包括但不限于来自Nalco Company, IL, USA的Nalco 7542 ASA和来自BASF的AKD 2030和来自Hercules Inc. USA的Hercon 195 AKD。

在一些实例中，所述纸基可以进一步包含纤维重量的约0.01%至约5.00%的杀生物剂、漂白剂和/或防腐剂（本文统称漂白剂/杀生物剂）。可商购的杀生物剂的一些实例包括但不限于来自Buckman Laboratories, Memphis, TN, USA的Busan® 1124, 1130, 1210, 1223和来自Ashland Inc., Covington, KY, USA的Spectrum XD3899微生物灭杀剂。在一些实例中，漂白剂/杀生物剂的量为纤维重量的约1%。在一些实例中，所述纸基可以进一步包含纤维重量的约0.05%至约2.00%的助留剂和助滤剂中的一种或二者（本文统称为“助留/助滤剂”）。助留/助滤剂的实例包括但不限于聚丙烯酰胺、聚氯化铝、二氧化硅类型的微粒、絮凝剂和分散剂中的一种或多种。在一些实例中，在纸基中包含纤维重量的约0.10%至约0.30%的助留/助滤剂。在一些实例中，纸基可以进一步包含光学增白剂（OBA）以控制颜色，例如，其量为纤维重量的约0.0075%至约0.25%。在一些实例中，在纸基中包含纤维重量的约0.04%至约0.06%的OBA。包括但不限于染料、消泡剂、缓冲剂和树脂控制剂的其它试剂和添加剂可以包含在一些实例中的纸基的纤维混合物中。可以以纤维重量的约0.0075%至约9.0%，或约0.08%至约8.5%，或约0.10%至约6.0%，或约0.50%至约5.0%范围内的总量包含这些其它试剂和添加剂。在一些实例中，在纸基中这些其它试剂和添加剂的总量为纤维重量的约1.0%至约2.0%。

在一些实例中，在纸张制造期间所述纸基可以在造纸机中接收一个或多个层或涂层（例如，表面施胶）至纸幅表面。这些层或涂层例如有利于纸幅的光滑性、白度、光泽度、孔隙度和不透明度中的一种或多种。这些涂层是与本文进一步描述的图像接收涂层分离的和可区别的中间涂层。如此，在施加图像接收表面处理或涂层之前，取决于实例，所述纸基可以是未涂布的（例如，没有表面施胶）或用本文提及的中间涂层（例如表面施胶的涂层）涂布。

在一些实例中，所述介质的纸基具有约30克每平方米（gsm）至约74gsm范围的纸张定量。在一些实例中，纸基的纸张定量为约35gsm至约74gsm，或约40gsm至约74gsm，或约45gsm至约74gsm，或约50gsm至约74gsm，或约60gsm至约74gsm。在一些实例中，介质的纸基的纸张定量为约50gsm至约60gsm。

根据本文描述的原理，所述介质 在介质的纸基的一侧或两侧上包括图像接收层（即表面处理或涂层）。图1A显示了在纸基（110）的一侧上具有图像接收层（120）的介质（100）的实例；图1B显示了在纸基（110）的两侧上具有图像接收层（120）的介质（100）的实例，各自根据本文描述的原理。图像接收层（120）包含能够接收和保留以图案（或图像）施加到层上的喷墨油墨成像材料的图像接收组合物。图像接收层（120）是纸基（110）上的最外层。喷墨油墨可以是水基的或溶剂基的并且根据具体的喷墨油墨包含用于着色的染料或颜料。在一些实例中，图像接收层 (120)可以促进相对改善的施加其上的油墨的流失和干燥时间。存在多种图像接收组合物可以用于根据本文描述的原理的介质（100）的纸基（110）上的图像接收层（120）。

在一些实例中，图像接收组合物包含油墨固定剂，包括但不限于二价或多价金属盐（例如，钙、镁或铝的氯化物、溴化物、硝酸盐或乙酸盐或这些的任意组合）；无机颜料填料（例如，粘土、碳酸盐、硅胶和气相二氧化硅）和/或有机颜料填料（例如聚苯乙烯和聚丙烯酸酯）；一水基粘合剂和/或水分散性粘合剂（例如，乳胶、聚乙烯醇（PVA）、淀粉、苯乙烯-丁二烯或丙烯酸酯）；各种添加剂中的一种或多种。例如，包括但不限于表面施胶剂、润湿剂、消泡剂、防沫剂和分散剂中的一种或多种的其它添加剂也可以并入图像接收层中。

在一些实例中，纸基上的图像接收涂层的纸张定量在约1gsm至约15gsm的范围内。所述涂层的纸张定量是在纸基的一侧或两侧上的涂层纸张定量的总和。在一些实例中，在纸基上的总涂层纸张定量在约2gsm至约15gsm，或约4gsm至约15gsm，或约6gsm至约15gsm，或约8gsm至约15gsm，或约10gsm至约15gsm的范围内，或例如总涂层纸张定量为约13gsm。

如此，根据本文描述的原理的介质是轻重量的，例如具有约31gsm至约75gsm范围的纸张定量。在一些实例中，所述介质的纸张定量在约35gsm至约75gsm的范围内，或约40gsm至约75gsm，或约45gsm至约75gsm，或约55gsm至约75gsm，或约60gsm至约70gsm的范围内。在一些实例中，所述介质的纸张定量小于75gsm，例如约70gsm，或约65gsm。

还提供了制备在数字高速喷墨卷筒纸印刷机印刷中使用的介质的方法。图2显示了制备根据本文描述的原理的实例的这种介质的方法（200）的流程图。该制备方法（200）包括形成（210）纸浆料，其包含精制纤维素纤维的纤维混合物以及非纤维的功能性和操作性添加剂和试剂。例如纤维素纤维混合物包含软木纤维和硬木纤维，软木纤维与硬木纤维之比在约3:7至约7:1的范围内。在一些实例中，还可以包含非木纤维。例如作为回收纸浆、化学纸浆、机械纸浆和混合纸浆中的一种或多种提供软木、硬木和非木纤维。在一些实例中，纤维混合物包含约50%至约60%的化学纸浆。在一些实例中，在纤维混合物中可以包含约15%至约30%的回收纸浆。在其它实例中，除了回收纸浆之外或代替回收纸浆在纤维混合物中可以包含约10%至约20%的机械纸浆和/或混合纸浆。在以上实施例中，在纤维混合物中至少30%的纸浆是软木。纤维混合物基本上与以上针对根据本文的原理的介质的纸基描述的相同。

在一些实例中，可以将木片用水与化学物质的混合物在蒸煮器中压力蒸煮以形成纸浆。在包含非木纤维的纤维混合物中，将非木片在分开的蒸煮器中用各自的化学物质蒸煮并且随后加入到木纸浆混合物中。在其它的实施例中，可以使用可商购的原始的软木和硬木纤维。将纸浆洗涤、清洁并且在一些实例中漂白，随后使用化学和/或机械打浆在打浆机或磨浆机中打浆。将非纤维的功能性和操作性添加剂和纸基加入并与纸浆混合以形成浆料（即，纤维配料）。这些添加剂和试剂包括上面针对用于介质的纸基的实例描述的内部淀粉和无机填料以及其它添加剂和试剂（例如，内部施胶剂、OBA等）。

在一些实例中，软木纤维与硬木纤维之比以及填料和内部淀粉的量基本上等同于上述用于介质的纸基的实例的量。在一些实例中，其它试剂和添加剂的量也基本上等同于上述用于介质的纸基的实例的量。

制备介质的方法（200）进一步包括将浆料以约0.95和约1.05之间的浆网速比(jet-to-wire speed ratio)喷射（220）到造纸机的移动丝网上以形成初始纸幅。所述浆网速比依赖于使用的造纸机，和更特别地依赖于所使用的机器部件或配置，例如流浆箱、切片(slice)、或成形板等。当纸浆向下流过丝网时，将水（在工业中也被称为“白水”）被排走并被再循环或再用于系统中。如以上提供的，介质的低MD/CD TSI比部分通过在形成纤维混合物的纸幅期间以在纵向（MD）上取向的纤维为代价增加纸基中的无规纤维取向来实现。

在一些实例中，浆网速比影响纤维取向和纸幅或纸张的形成。相对于丝网的速度，由造纸机的流浆箱或切片排出的浆料射流的速率决定“冲击（rush）”或“拖尾（drag）”。例如，低于丝网速度的喷射速度产生“拖尾”和高于丝网速度的喷射速度产生“冲击”。当喷射速率和丝网速度之间的差异大时，大量的纸幅的纤维将在纵向（MD）上排列。然而，当喷射速率和丝网速度之间的差异减小时，在MD上的纤维取向将减少并且无规纤维取向将在纸基中增加。取决于使用的造纸机，约0.95-约1.05之间的浆网速比增加了无规纤维取向（即，较少的纤维在纸幅的纵向上取向或排列）。例如，取决于机器设置，约1的浆网速比可以提供低的MD/CD TSI比。

纤维取向或排列的程度影响纸的属性，因为纤维在纤维的轴向方向和径向方向具有不同的物理性能。较少的纤维在MD上取向或排列促进了横向方向（CD）强度增加而牺牲了MD上的强度。这种较高的CD强度提供了较低的MD/CD TSI比和具有增加尺寸稳定性的获得的纸张，以在例如使用喷墨巻筒纸印刷机高速印刷时减少偏移。另外，随着纸幅尺寸稳定性增加，降低了纸的卷曲、起褶、起皱和折痕的趋势。理论上，在约1.0的浆网速比下，MD拉伸强度最小和CD拉伸强度最大（最低的纤维取向）。如此，纸幅的MD/CD TSI值在例如约1.0的浆网速比时可被认为在其可获得的最低值，实际浆网速比取决于造纸机和其设置。

制备介质的方法（200）进一步包括从初始纸幅中以制备用于表面施胶的纸幅的方式除去（230）水。例如，将初始的纸幅在造纸机的大辊之间挤压以除去大部分残留水并且形成半干的纸幅。此外，所述大辊保证了纸幅的平滑性和纸幅的均一厚度。为了进一步制备用于表面施胶或涂布的纸幅，使所述半干的纸幅穿过加热的干燥辊除去更多残留的水。在纸幅中的固体百分比（%）从在流浆箱中的约0.5%变至在表面施胶和施加最外层涂层（图像接收层涂层）之前的约95%。

制备介质的方法（200）进一步包括在一侧或相对的两侧上涂布（240）纸幅。例如，涂布（240）纸幅包括施加一种与用水基或溶剂基喷墨油墨印刷的图像兼容的图像接收组合物。在一些实例中，涂布（240）纸幅可以进一步包括在纸幅上施加图像接收组合物之前的其它中间涂层（例如，表面施胶、涂层）。

可以使用一种或多种技术将图像接收组合物施加到纸幅上，所述一种或多种技术包括但不限于施胶压榨涂布、计量施胶压榨涂布、蓄液(puddle)施胶压榨涂布、狭缝式模头挤出涂布、幕涂、刮涂、迈耶棒式涂布、喷涂、浸涂、级联涂布、辊涂、凹版涂布、气刀涂布、铸涂和压光辊组。在一些实例中，例如在制造的表面施胶阶段和/或涂布阶段期间，使用在线施胶机或涂布站与造纸机施加图像接收组合物。在一些实例中，图像接收涂层可以代替表面施胶的中间涂层。

制备介质的方法（200）进一步包括对涂布的纸幅进行在线或离线压光（250）以形成介质。例如，压光工艺可以在图像接收层干燥之后进行以改善表面平滑度和光泽度。压光工艺可以包括硬辊压光机（hardnip calender）、超级压光机或热软辊压光机。在一些实例中，平滑度和光泽度的目标值可以使用在线硬辊或热软压光机与造纸机实现。将介质巻绕成大卷，其可被切割并再巻绕成与在数字高速喷墨卷筒纸印刷机印刷中使用兼容的尺寸的卷，并且可以在运输期间被包裹来加以保护。根据本文描述的方法（200）制备的介质具有小于2.0的MD/CD TSI比和大于300J/Kg的CD残余TEA指数以促进在线或离线数字高速喷墨卷筒纸印刷机印刷和整理。该介质卷可以用于制备具有高印刷和整理质量和低生产成本的印刷材料，例如书籍、杂志、新闻纸和宣传册。

在一些实例中，根据本文描述的原理的介质的纸基具有大于约600J/Kg或大于等于约700J/Kg的TEA指数。在一些实例中，所述纸基具有大于约500 J/Kg，或大于约800 J/Kg，或大于约1000 J/Kg，或等于约1200 J/Kg的CD TEA指数。在一些实例中，所述纸基具有大于400 J/Kg，或大于约500 J/Kg，或等于或大于约600 J/Kg的残留TEA指数。在一些实例中，所述纸基具有大于约700 J/Kg，或大于约850 J/Kg，或等于约1000J/Kg的CD残余TEA指数。此外在这些实例中，根据本文描述的原理的介质具有大于700 J/Kg，或大于约800 J/Kg，或大于约900 J/Kg，或等于约1000 J/Kg的CD TEA指数。在一些实例中，该介质具有大于600 J/Kg的MD TEA指数。在一些实例中，该介质具有大于约60J/Kg，或大于约70J/Kg的MD残余TEA指数。在一些实例中，该介质具有大于300J/Kg和小于约500J/Kg的CD残余TEA指数。

在一些实例中，根据本文描述的原理的介质的纸基具有从大于500J/Kg至约1200J/Kg范围内的TEA指数。在一些实例中，所述纸基具有约400J/Kg至约1000J/Kg范围内的残余TEA指数。此外，在这些实例中，根据本文描述的原理的介质具有从大于700J/Kg至约1000J/Kg范围内的CD TEA指数。在一些实例中，该介质具有从大于约60J/Kg至约80J/Kg范围的MD残余TEA指数。在一些实例中，该介质具有从大于约300J/Kg至约485J/Kg范围内的CD残余TEA指数。

实施例

除非另有说明，所有的测量值均在所使用设备的测量公差内。

纸基介质样品： 使用100份纤维混合物一起在水中制造纸介质，所述纤维混合物包含约31份软木漂白硫酸盐纸浆、25份硬木漂白硫酸盐纸浆、17份硬木漂白化学-热机械（BCTMP）纸浆和27份回收的纤维和纸机损纸。软木和硬木硫酸盐纸浆均使用双盘磨浆机单独打浆以达到目标抗拉强度和目标抗拉能量吸收并且以上述比例与其它纤维混合。将内部阳离子淀粉 Sta-Lok® 300以纤维重量的1.15%的剂量率添加到纤维配料中以进一步提高纸的强度。此外，将Omya-fil® GCC无机填料添加到纤维配料中达到约11%的目标灰含量（在线测得）以提高不透明度、亮度和白度。将内施胶剂ASA使用阳离子淀粉以1-4的比例乳化，并且以纤维重量的0.64%的总剂量率添加到纤维配料中。此外，将其它的添加剂例如用于颜色调节的OBA和染料，用于操作效率的助留/助滤剂和杀生物剂添加到最终原料中。

使用商业长网造纸机（Fourdrinier paper machine）制备纸基介质。以1.01的浆网速比将非常低稠度(consistency)（0.5%）的浆料从流浆箱中喷出，随后通过过滤将水除去，挤压并且干燥以连续形成纸基的幅材。初始的幅材排干水并且穿过大的辊以除去更多的水和保证半干纸幅的平滑度和均匀的厚度。使半干的纸幅穿过造纸机的蒸汽加热干燥器以除去残留水并在纸幅（即，纸基介质）中获得4.7%的最终水分目标。“仅纸基”的纸介质样品由所述纸幅产生。此外，“涂布”的纸介质样品如以下进一步描述的由纸幅产生。

图像接收层组合物：制备了包含以下材料和含量的图像接收组合物：

所述图像接收组合物具有以下性能：

使用离线计量施胶压榨机施加图像接收组合物至纸介质。同时用图像接收组合物涂布纸介质的两侧。涂层以700米/分钟的速度施加并且使用平滑杆以7gsm/侧的目标涂层重量定量(meter off)。使用电IR-干燥器、气体IR-干燥器和热空气干燥器干燥涂层。最终水分目标为5.0%。使用在线、双压区的软压光机地涂布的纸进行压光。将硬辊的表面温度调整至60℃并且将压区的负载调整到300千牛/米（kN/m）以实现最终涂布介质的目标纸的厚度。

对照样品: 在该实例中的使用了具有大于2.0的高MD/CD TSI比的通常在胶印印刷中使用的印刷纸的“仅纸基”的对照样品和“涂布的”对照样品。在“涂布的”对照样品上使用的涂层是上述相同的图像接收组合物并且以上述相同的方式施加。

评价纸介质的物理性能并且与对照样品进行比较。表1和2总结了上述纸介质样品（标记为“新介质”）和对照样品（标记为“对照介质”）的物理性能。标记“（仅纸基）”是指各自未涂布的介质（即，纸基）和“涂布的”是指各自涂布的介质。具体地，在表1中的纸张定量、纸的厚度、定量纸厚(bulk)、不透明度、光泽度、TAPPI亮度和CIE Ganz白度在对照样品和新介质样品之间的相对可比较的。涂布样品的Parker Print Surf(PPS)孔隙率也是相对可比较的，可能是由于对于新介质和对照介质使用了相同的图像接受涂层和相同的压光压力。

对于表2和“仅纸基”的样品，在造纸期间以相对于对照介质的新介质的更高的水分含量和更低的灰含量为目标，表2显示二者均得以实现。然而，在“仅纸基”样品之间对于新介质和对照介质的Hagerty光滑度和PPS孔隙率（二者均在表1中），以及Cobb 10和Hercules Size Test (HST)（二者均在表2中）产生了另外的不同。具体地，对比于对照介质（仅纸基），新介质（仅纸基）样品的更好的Hagerty光滑度、更低的PPS孔隙率和略微较好的施胶性（即高HST和低Cobb数）被认为是由于增加的细小纤维和化学保留(它们是由于相对于对照介质样品，新介质样品中更高的阳离子淀粉与纤维之比导致的)。此外，认为增加的阳离子淀粉与纤维之比有助于提高的测量的抗拉刚度和强度，如以下进一步针对表3所描述的。

表1

表 2

表3总结了表1中的新介质样品和对照介质样品的强度性质（各自的未涂布的“仅纸基”样品和各自的“涂布的”样品二者）。表4列举了产生表1、2和3中的一些数据所使用的测试方法。具体地，在表1中报道的以毫升每分钟（mL/min）的PPS孔隙率是使用空气渗漏法和PPS粗糙度/孔隙率测试机根据TAPPI方法T-555对每一个样品进行测量的。抗张刚性指数（TSI）（即，MD/CD比）是使用Lorentzen & Wettre TSO设备（通常被描述为L&W TSO测试机）确定的。使用超声波的方法来更准确地非破坏性地测量该性能。使用Instron测试机和2.54厘米（cm）宽的条，100mm计量长度(gauge length)根据TAPPI方法T-494对每一个样品的纵向（MD）和横向（CD）测量抗拉能量吸收（TEA）。由测量的TEA，计算不同样品的MD和CD的以J/Kg计的TEA指数（TEA/纸张定量）。此外，还测定了在MD和CD上的样品的残余抗拉能量吸收（TEA）指数（以J/Kg计）。在高温调理和折叠纸样品之后使用Instron抗拉测试机测量样品的残余TEA以评估抗拉能量吸收的损失和在印刷和折叠之后在整理中重复所述高温干燥。在炉中，将2.54cm宽的纸条在150℃ 调理7分钟并且通过来回施加1.81Kg重量用牛角弓折叠。

表3

表4

性能	测试方法
		纸张定量	T-410, TAPPI 方法
纸的厚度	T-411, TAPPI 方法
		定量纸厚	纸的厚度 (µm) /纸张定量 (gsm)
不透明度	T-425, TAPPI 方法
		亮度	T-452, TAPPI 方法
光泽度	T-480, TAPPI 方法
		白度	CIE Ganz 82 测试方法
光滑度 (Hagerty)	T-538, TAPPI 方法
		PPS 孔隙率	T-555, TAPPI 方法
TEA (抗张能量吸收)	T-494, TAPPI 方法
		HST (Hercules 施胶测试)	T-530, TAPPI 方法
Cobb	T-441, TAPPI 方法

表3显示了对于新介质（仅纸基）样品和新介质（涂布的）样品二者抗拉刚度指数（MD/CD比）小于2.0，而对于对照介质相对物二者，MD/CD TSI之比均大于2.2。此外，对于新介质（涂布的）样品，MD/CD TSI比小于1.9。根据本文描述的原理的新介质样品获得的较低的抗拉刚度指数值意味着在纸基中获得了更无规的纤维取向。低MD/CD值促进了纤维更少的CD吸湿膨胀，其反过来在用喷墨油墨高速巻筒纸印刷期间导致较少的起褶和较少的偏移和/或排列问题。

进一步由表3可知，新介质（仅纸基）和新介质（涂布的）二者的TEA指数在MD和CD方向上均大于650J/Kg。此外，新介质（仅纸基）的MD和CD TEA指数二者均等于或大于约700J/Kg，而对于对照介质（仅纸基），MD和CD TEA指数二者小于500J/Kg。此外，新介质（仅纸基）和新介质（涂布的）二者的CD TEA指数大于1000J/Kg，而对于对照介质相对物，CD TEA指数小于700J/Kg。事实上，新介质样品的各自的MD和CD TEA指数各自大于相应的对照介质样品。例如，新介质（仅纸基）的CD TEA指数为对照介质（仅纸基）的指数值的约三倍。例如，TEA预测了在破坏介质片所需的动态应力/功下介质片的耐久度。这些根据本文描述的原理的新介质样品的高抗拉值促进了在印刷和整理期间改善的走纸性，并且降低了介质的卷纸破碎、褶皱和折痕的趋势。

对于MD和CD二者的残余TEA指数，新介质（仅纸基）的指数值是由对照介质（仅纸基）获得的值的至少二倍。事实上，新介质（仅纸基）的CD残余TEA指数为对照介质（仅纸基）的指数值的至少三倍。对于涂布的介质，新介质（涂布的）的残余TEA指数值几乎是对照介质（涂布的）获得的值的二倍。样品更高的残余强度被解释为纸介质更好的走纸性和整理。在表3中的残余TEA指数结果与以下描述的观察到的改善的走纸性和整理结果很好地对应。

走纸性/整理

样品介质被用于制备书签，使用Mueller Martini制造的Sigma折叠机，具有76.2厘米的拆卷机和B200 Sigma配页机。观察整理质量参数例如对于卡纸的生产量、折痕和切割质量。对照介质（涂布的）样品通过整理机的走纸性显示出卡纸、折痕和交叉切割问题中的一个或多个。对于商业高生产量应用例如书籍、杂志、新闻纸和宣传册，对照介质的切割纸边是磨损的和不可接受的。相反，新介质（涂布的）样品是可走纸通过整理机的，而不显示出问题。例如，观察到具有优异的切割质量和整理性的最高至450毫米切割长度的新介质（涂布的）样品的走纸性。如上所述，表3中的残余TEA指数值与这些结果对应。对照介质（涂布的）样品仅缺少残余TEA强度，尤其是残余CD强度以表现出可接受的走纸性和整理性。

由此，已经描述了在数字高速喷墨卷筒纸印刷机印刷中使用的纸介质和制备该纸介质的方法的实例，所述纸介质具有小于2.0的MD/CD抗拉刚度指数比，大于500J/Kg的抗张能量吸收指数和大于400J/Kg的CD残余TEA指数。应当理解上述实例仅仅是阐明了代表要求保护的原理的许多具体实例中的一些。显然，本领域技术人员可以容易地在不脱离以下权利要求限定的范围的基础上设想出许多其它布置。

Claims (15)

1.在数字高速喷墨卷筒纸印刷机印刷中使用的介质，该介质包括：

具有小于2.0的纵向/横向抗拉刚度指数比和大于500J/Kg的抗张能量吸收指数的纸基，所述纸基包含：

软木纤维与硬木纤维之重量比在3:7至7:1范围内的纤维的混合物；

阳离子淀粉与纤维之重量比大于1.0%的内部淀粉；和

在纸基重量的1.0%至12.0%范围内的填料；和

在所述纸基侧面上的图像接收层，其中所述介质具有大于300J/Kg的横向残余抗张能量吸收指数。

2.权利要求1的介质，其中所述介质具有小于或等于75克/平方米的纸张定量。

3.权利要求1的介质，其中所述阳离子淀粉与纤维之重量比在1.10%至5.0%的范围内。

4.权利要求1的介质，其中所述内部淀粉的量在纤维重量的1.10%至11%的范围内。

5.权利要求1的介质，其中所述纤维混合物包含25wt%至35wt%范围内的软木化学纸浆，20wt%至30wt%范围内的硬木化学纸浆，和总量在0wt%至50wt%范围内的的机械纸浆、混合纸浆和回收纸浆，其中在纤维混合物中软木的总量为至少30wt%。

6.权利要求1的介质，其中所述纤维混合物包含30wt% 的软木化学纸浆，25wt%的 硬木化学纸浆，18wt%的混合纸浆和25wt%的回收纸浆，使得在所述纤维混合物中软木的总量大于30wt%。

7.权利要求1的介质，其中最多15wt%的纤维混合物是回收纸浆和/或最多10wt%的纤维混合物是机械纸浆和/或混合纸浆。

8.权利要求1的介质，其中软木纤维与硬木纤维之重量比包括6至5的软木硫酸盐纸浆与硬木硫酸盐纸浆之比。

9.权利要求1的介质，其中所述纸基具有各自大于500J/Kg的纵向残余抗张能量吸收指数和横向残余抗张能量吸收指数。

10.权利要求1的介质，其中所述纸基和介质各自具有大于800J/Kg的横向抗张能量吸收指数。

11.高速喷墨卷筒纸印刷机印刷中使用的介质，所述介质包括：

具有大于600J/Kg的抗张能量吸收指数的纸基，其包含：

软木纤维与硬木纤维之重量比在3:7至1:1范围内的纤维的混合物；

阳离子淀粉与纤维之重量比大于1.0%且小于等于5.0%的内部淀粉；

足以获得小于12.0wt%的灰含量的量的填料；和

总量在纤维重量的0.0075%至9.0%范围内的一种或多种试剂和添加剂；和

在所述纸基的两侧上的油墨接收层，

其中所述介质和纸基各自具有小于2.0的纵向/横向抗拉刚度指数比和大于800J/Kg的横向 抗张能量吸收指数。

12.权利要求11的介质，其中所述纤维混合物进一步包含回收纸浆、混合纸浆和机械纸浆中的一种或多种，其量各自在10wt%至30wt%的范围内。

13.权利要求11的介质，其中所述纸基具有等于或大于600J/Kg的残余抗张能量吸收指数。

14.权利要求11的介质，其中所述介质具有大于60J/Kg的纵向残余抗张能量吸收（TEA）指数和大于300J/Kg的横向残余TEA指数。

15.制备用于高速喷墨卷筒纸印刷机印刷介质的方法，该方法包括：

形成浆料，其包含软木纤维与硬木纤维之重量比为3:7至7:1，阳离子淀粉与纤维之重量比大于1.0%的内部淀粉，和浆料重量的1.0%至12.0%的填料；

将所述浆料以1.0的浆网速比喷射到移动丝网上以形成初始纸幅；

以制备用于表面施胶和涂布的纸幅的方式从初始纸幅中除去水，所述纸幅具有大于500J/Kg的抗张能量吸收指数和小于2.0的纵向/横向抗拉刚度指数比；

对所述纸幅在一侧或两侧上涂布在具有图像接收层的；和

对涂布的纸幅进行压光以形成介质，其中所述介质具有大于300J/Kg的横向残余抗张能量吸收指数。