CN108350663B - 无油墨印刷纸 - Google Patents

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Abstract

用于印刷包含微原纤化纤维素的湿的幅材材料的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供包含微原纤化纤维素的含水悬浮液；向基材施加所述含水悬浮液，从而形成具有在5至70重量％的范围内的水分含量的湿的幅材；其中该方法进一步包括通过加热所述湿的幅材的至少一个明确界定的部分来处理所述湿的幅材的步骤，由此在至少一个经加热的部分向幅材提供印记。

Description

无油墨印刷纸
技术领域
本发明涉及用于印刷包含纤维材料的湿铺幅材的方法。
背景技术
独家纸制品通常通过印刷来赋予奢华外观。印记(print)提升了产品且向消费者创立了产品的形象。
然而，印刷作为一个昂贵的单独工艺来实施。此外，印刷油墨不能用在直接与食物或液体接触的产品上，因为油墨可能迁移到食物或液体产品中。另外，在卫生用品中需要防止印花(printing)与皮肤的直接接触，例如卫生用品如湿巾、绷带(dressings)和垫，从不用印刷油墨等印刷。一种此类产品示于SE537517C2中，其中生产了包含微原纤化纤维素的湿铺幅材，或所谓的湿巾或湿纸巾。例如该类产品是不可印刷的，因为当其被包装和运送至消费者时，其仍然基本上是湿的，即其还不足够干燥从而不可用油墨印刷，且由于其在一些应用中意在作为卫生湿巾使用，印刷油墨可造成皮肤刺激等。此类产品和用于生产该产品的方法的另一实例记载于WO2015004324A1中，其中生产了水溶性生物基的膜。
向纸制品提供印记或印痕的另一种方法是在材料中打孔(punch holes)或在材料中制造印痕。尽管此类方法可在常规造纸机中实施，但其并不总是合适的。孔或印痕可例如导致产品容易发生开裂等，这在高速生产方法中是不期望的。
因此需要这样一种方法，其中可向产品提供印记，而不使用印刷油墨或其他类型的着色剂，例如用于在消费者或终端用户面前识别和区分产品。此外还需要这样的印刷方法，即其可被完全地引入到湿铺方法中，或引入到常规的造纸方法或纸板制造方法中。
发明概述
本公开内容的目的在于提供用于不适合使用印刷油墨或其他着色剂的常规印刷方法的产品的改进的印刷方法。
更具体的目的包括提供用于包含微原纤化纤维素的湿铺幅材和片材的印刷方法。
该目的全部或部分地通过根据所附独立权利要求的方法来实现。在所附从属权利要求中以及以下描述中阐述实施方式。
根据第一方面，提供了用于印刷包含微原纤化纤维素的湿的幅材材料的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供包含微原纤化纤维素的含水悬浮液；向基材施加所述含水悬浮液，从而形成具有5至70重量％范围的水分含量的湿的幅材且其中通过加热所述湿的幅材的至少一个明确界定的部分来处理所述湿的幅材，由此在至少一个经加热的部分向幅材提供印记。
不受任何理论的束缚，相信所加热量造成了水分和水非常快速的蒸发。这又分别引起微原纤化纤维素纤丝中以及纤丝与幅材/膜之间的形貌或质地变化。形貌上的变化在2D和3D两个层面上发生，这又影响光散射和光学性质。此外，经表面处理的纤丝，可能会固结(consolidate)和/或角质化，这引起了与水或水分的不同的响应和相互作用，使得在幅材中形成图案。因此当湿铺幅材仍基本上是湿的或湿润时，在湿铺幅材上进行加热。
由此，通过本发明的方法，可直接在幅材中引入图像和/或印花，而不使用印刷油墨或在幅材中打孔。该方法在产品中或在产品上形成明显可见的印记，但不会产生任何与撕裂或开裂相关的问题。此方法还适合用于在始终不干燥的(never dried)材料上产生印记，比如湿铺卫生湿巾，其还可为所谓的高度敏感的产品。
此外，由于此“印刷”通常在干燥前对非常湿的材料实施，所以这是极其难以伪造的，即这可以是一种保护材料安全免受伪造的方式。
可使得“经印刷的”区域更加多孔，这意味着可调节通透性，可例如调节氧气透过速率(OTR)、水蒸气透过速率(WVTR)或例如以受控的方式等使香味或香水通过等。这还可以是控制液体流动穿过材料的方式，其可适用于例如餐巾纸等。
基材可以是造纸机中的多孔的丝网。造纸机可为具有用于生产本领域技术人员已知的纸、纸板、纸巾或无纺制品的丝网的任意常规类型的机器。
基材还可为纸或纸板基材，从而形成用MFC膜涂覆的纸板或纸基材。基材还可为聚合物或金属基材。经流延的纤维幅材可随后被印刷并接着以任意的常规方式干燥且接着从基材剥离。根据一个实施方式，该方法可进一步包括使幅材脱水或干燥的步骤。
然而干燥不是必须的，因为标记或印记在湿的或基本上是湿的的产品上还是容易看见的，比如湿巾。
经干燥的幅材优选具有小于60gsm、优选小于40gsm、优选2-40gsm、优选10-35gsm的定量。
经干燥的幅材优选具有在400-1500kg/m3，优选700-1400g/m3的范围内的密度。
优选经印刷的幅材是半透明的、具有高密度的、包含大量的微原纤化纤维素的薄膜。令人惊奇的是可通过加热向这样的幅材提供可见的印记。
根据一个实施方式，明确界定的一个或多个部分包含图形和字母中的任一种，或其组合。
“明确界定的部分”因此是指幅材自身产生或形成印记的部分。这可例如为标识、图案或字母，其中字母可形成单词或句子。
根据第一方面的一个实施方式，可通过使用激光实施加热。
这意味着材料是激光处理，即其不是激光打印的，这涉及使用干油墨色粉。因此本发明的方法完全不使用印刷油墨。这意味着表述“通过使用激光”是指直接朝着湿的幅材材料使用合适强度的激光束，即直接碰撞幅材。
悬浮液优选包含基于总的干固体含量计60-100重量％、优选基于总的干固体含量计70-99.9重量％的量的微原纤化纤维素。令人惊奇的是，可用加热来处理包含大量的MFC的幅材且以这种方式可向幅材提供印记。包含大量的MFC的幅材是非常致密的且预料不到幅材的纤丝能够膨胀而不损坏幅材。
根据一个实施方式，湿的幅材中的水分含量可在10至60重量％、或20至50重量％、或25至45重量％的范围内。
因此，幅材的水分含量可变化且水分不仅需要是基于水的，而且在湿巾中水分含量可包含醇类等。然而基本上湿润的幅材是必须的，即包含液体，因为不能通过在干燥的幅材上加热来形成印记，例如在95重量％的干含量下激光束会切割幅材，而不是通过纤维材料的膨胀形成印刷图案的期望的效果。
根据一个实施方式，可在在线加工步骤中实施加热的步骤。
根据一个替代的实施方案，可在离线加工步骤中实施加热的步骤。
根据一个实施方式，该方法可进一步包括处理幅材的表面和/或涂覆幅材的步骤。
“处理表面”是指幅材可进行表面施胶或涂覆等。
根据第二方面，提供了包含纤维材料的纸或纸制品，其可通过根据第一方面的方法获得。
因此，纸制品是指由纤维幅材形成的任意类型的产品。因此其可以是纸板、湿纸巾、膜或任意其他类型的纤维基的产品。该产品可以为所谓的高度敏感的产品，而不具有加入的材料。干燥的材料的表面感受和外观都较好且因此可被应用在所谓的奢华的纸制品中。
由于没有使用油墨，所以可容易地将材料再制浆，而不必使材料脱墨。因此其可非常适合于直接再利用废材料的在线加工。
根据一个实施方式，该产品可为纸巾产品。
根据第二方面的另一实施方式，纸制品或纸巾产品可以是织物制品或无纺制品中的任一种。实例可为餐巾、擦手纸、卫生垫、绷带等。
附图说明
现在将参照附图以示例的方式描述本发明解决方案的实施方案。
图1是干燥的材料中的激光印刷的图像的照片。
图2是显示在激光打印区域的z方向上的增加的高度的照片。
发明详述
根据本发明，提供了用于印刷包含微原纤化纤维素的湿的幅材材料的方法。
该方法包括以下步骤：施加包含微原纤化纤维素的含水悬浮液和向基材施加所述含水悬浮液，从而形成具有5至70重量％范围的水分含量的湿的幅材。随后通过加热幅材的明确界定的部分来处理湿的幅材。
对幅材的加热造成了湿的幅材中的微原纤化纤维素膨胀，且通过使用仅影响(即加热)幅材的非常明确界定的部分的加热方法，可得到图案或“印记”。这意味着经加热的部分可具有如在侧视看到的相比湿的幅材的未经加热的部分增加的形貌(幅材的z-方向)，从而还为幅材提供了特别的触感。
因此，本发明的方法方法允许在湿的幅材上印刷非常明确界定的图案，而不使用任意类型的油墨或其他对幅材染色的方式。
可在幅材上和/或幅材中实施印刷。印刷可以在幅材的表面上局部完成，或者可引入到幅材中，即也可以在幅材中。
所述加热方法可以是用于在幅材上提供明确界定的或局部的印记的任意合适类型的加热。根据一个实施方式，热量由热表面提供，例如呀光机。根据一个替代方案，通过热空气实施加热，例如通过加压空气喷嘴朝幅材吹气。
根据另一实施方式，通过使用激光或激光束实施加热。因此，激光束直接地影响湿的幅材且在幅材上产生印记或图案。可调节激光束的强度、或级别以提供在湿的幅材中期望的效果。
由微原纤化纤维素形成的膜或幅材是有强度的且幅材难以撕裂，特别当幅材是湿的时。通过低激光能量或高水分含量，激光不会切割纤维且在印刷的区域几乎没有任何撕裂的变化。通过低水分含量或高激光能量，激光可切割一些顶部纤维。因此其可造成小孔或被激光切割。幅材的该部分切割可用来提供与经印刷的区域相关联的“撕裂线”或“开缝线”，例如在包装中，即印记和切割线两者都可提供在幅材中。
印刷方式可以是数字的(可变的)或模拟的。
印记或图案可以是任意类型的形状或形式。根据一个实施方式，印记包含一个字母或一系列字母，或甚至盲文字母。根据一个实施方式，印记包含形象化的图案，比如标识或图像设计。因此印花可为标记或纯粹的装饰。
湿的幅材的水分含量可变化，这取决于起始材料和期望的最终产品。至关重要的是水分含量足以允许热处理造成微原纤化纤维素膨胀以使得印记变为可见的。这意味着水分含量优选在5重量％以上，但其可在5至80重量％的范围内。替代地，水分含量在10至60重量％，或在20至50重量％，或在25至45重量％的范围内。
如果在线实施本发明，则可将其引入至常规造纸或纸板制造方法中。根据一个实施方式，在湿铺方法中生产幅材。
根据一个实施方式，该方法可进一步包括处理幅材的表面和/或涂覆幅材的步骤。
“处理表面”是指幅材可进行表面施胶，或涂覆等。表面施胶是指，在造纸和纸板制造工业中使用的接触涂覆的方法。其为例如膜压机；表面施胶(磅式(pound)或溢流压区施胶压机)、门辊、反向辊式涂布机；双HSM涂抹器；液体施加系统；带有Bill刮片的刮刀/辊计量；双流(TwoStream)；以带有镜像刮刀的刮刀/刮刀；VACPLY；或用喷嘴单元向纸幅上施加和计量(第14章,Coating and surface sizing technologies,Linnonmaa,J.,and Trefz,M.,in Pigment coating and surface sizing of paper,Papermaking Science andTechnology,Book 11,第2版,2009)。另外，反向凹版或凹版方法，使用例如喷涂，旋涂(spinning)或泡沫体沉积的基于间接计量向辊上施胶也可包括在此定义中。对本领域技术人员而言显而易见的涂覆方法的其他变化和修改或组合也包括在本文中。
根据一个实施方式，可以在热处理之后对湿的幅材脱水或干燥，以提供干燥的或基本干燥的纸制品。根据一个实施方式，还可将湿的幅材层合至例如纤维片材或膜，比如纸或纸板，或层合至热塑性聚合物片材或膜。
还可用任何常规的涂料(涂层，coatings)涂覆幅材，比如分散涂料或其他透明或半透明的涂料。
通过该方法形成的产品可以是任意类型的纸或纸板产品。根据一个实施方式，该产品可为纸巾产品。根据一个实施方式，该产品为编织产品。根据另一实施方式，该产品为无纺产品。
根据一个替代方案，该产品可为始终不干燥的湿的幅材，例如由主要包含微原纤化纤维素的幅材形成的湿巾。
微原纤化纤维素(MFC)在本专利申请的上下文中应指纳米尺度的纤维素颗粒纤维或具有至少一个小于100nm的维度的纤丝。MFC包括部分地或完全地原纤化的纤维素或木质纤维素纤维。释放的纤丝具有小于100nm的直径，而实际的纤丝直径或粒径分布和/或长径比(长度/宽度)取决于来源和制造方法。最小的纤丝称作基本纤丝且具有约2-4nm的直径(参见例如Chinga-Carrasco,G.,Cellulose fibres,nanofibrils and microfibrils,:The morphological sequence of MFC components from a plant physiology andfibre technology point of view,Nanoscale research letters 2011,6:417)，而常见的是基本纤丝的聚集形式，其也被定义为微纤丝(Fengel,D.,Ultrastructural behaviorof cell wall polysaccharides,Tappi J.,1970年三月,53卷,No.3.)，是当制造MFC时获得的主要产物，例如通过使用延长的精磨过程(extended refining process)或压降分解过程(pressure-drop disintegration process)制造。根据来源和制造过程，纤丝的长度可在约1微米至大于10微米变化。粗质的MFC品级可能含有大部分馏分的原纤化纤维，即从管胞(纤维素纤维)突出纤丝，且具有一定量的从管胞(纤维素纤维)释放的纤丝。
对于MFC存在多种缩写词，比如纤维素微纤丝、原纤化纤维素、纳米原纤化纤维素，纤丝聚集体、纳米尺寸的纤维素纤丝、纤维素纳米纤维、纤维素纳米纤丝、纤维素微米纤维、纤维素纤丝、微原纤纤维素、微纤丝聚集体和纤维素微纤丝聚集体。还可以用多种物理或物理化学性质来表征MFC，比如大的表面积或当分散在水中时，在低固体(1-5重量％)情况下形成凝胶状材料的能力。优选将纤维素纤维原纤化至这样的程度，即当用BET方法测定冷冻干燥的材料时，所形成的MFC的最终比表面积为约1至约200m2/g，或更优选50-200m2/g。
存在多种制备MFC的方法，比如单次或多次精磨，预水解随后精磨或高剪切分解或释放纤丝。为了使MFC制造节能且可持续，通常需要一个或数个预处理步骤。因此待供应的纸浆的纤维素纤维可以用酶或化学方式预处理，例如水解纤维或使纤维膨胀或减少半纤维素或木质素的量。纤维素纤维可在原纤化之前化学改性，其中纤维素分子含有不同于(或多于)在原始纤维素中发现的官能团。这样的基团包括，除其他之外，羧甲基(CMC)、醛和/或羧基基团(由N-氧基介导的氧化获得的纤维素，例如“TEMPO”)，或季铵(阳离子纤维素)。在以上述的方法之一改性或氧化之后，更容易将纤维分解成纳米原纤尺寸或NFC。
纳米原纤纤维素可含有一些半纤维素；该量取决于植物来源。经预处理的纤维(例如水解、预膨胀或经氧化的纤维素原材料)的机械分解用合适的设备实施，比如精磨机、研磨机、均质机、胶体排除装置(colloider)、摩擦研磨机、超声波超声仪、流化器比如微流化器(microfluidizer)、大型流化器(macrofluidizer)或流化器型均质机。根据MFC制造方法，产物可能还含有细料(fines)，或纳米晶体纤维素或例如其他存在于木质纤维或造纸过程中的化学品。产物还可能含有各种量的尚未有效原纤化的微米尺寸的纤维颗粒。
MFC由木质纤维素纤维生产，其来自硬木或软木纤维。其还可由微生物来源、农业纤维比如麦草浆、竹子、甘蔗渣、或其它非木质纤维来源制造。其优选由纸浆制造，所述纸浆包括来自原生纤维的纸浆，例如机械、化学和/或热机械纸浆。其还可由废纸或再生纸制造。
以上描述的MFC的定义包括，但不限于，对纤维素纳米纤丝(CNF)新提出的TAPPI标准W13021，其定义了含有多个基本纤丝的具有结晶和无定形区域的纤维素纳米纤维材料，其具有高的长径比，其中宽度为5-30nm且长径比通常大于50。
实施例
根据SE537517C2中公开的方法制备片材，即湿巾。用激光热处理(即印刷)该包含微原纤化纤维素(MFC)的湿铺片材，且随后在激光印刷之后在张力下干燥该片材。在图1中，用形象化的印记来描绘当被干燥时的片材。可清楚地在通过激光加热片材的位置看到作为片材上明确界定的部分的印记。
在图2中，向片材提供了包含字母的印记。图2中可清楚地看到材料在材料的z-方向上的增加的高度，即材料的膨胀部分。
鉴于本发明的以上详细描述，对于本领域技术人员来说，其他修改和变化将变得显而易见。然而，显而易见的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行这类其他修改和变化。

Claims (13)

1.用于印刷包含微原纤化纤维素的湿的幅材材料的方法，其中所述方法包括以下步骤：
提供基于总的干固体含量计包含60-100重量％的量的微原纤化纤维素的含水悬浮液；
向基材施加所述含水悬浮液，从而形成具有5至70重量％范围的水分含量的湿的幅材；
其特征在于该方法进一步包括以下步骤：
通过加热所述湿的幅材的至少一个明确界定的部分来处理所述湿的幅材，由此在至少一个经加热的部分向幅材提供印记，其中明确界定的部分包含图形和字母中的任一种，或其组合。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括使幅材脱水或干燥的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其中经干燥的幅材具有小于60gsm的定量。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中经干燥的幅材具有400-1500kg/m3的密度。
5.如权利要求1至3任一项所述的方法，其中基材为造纸机的多孔的丝网。
6.如权利要求1至3任一项所述的方法，其中通过使用激光实施加热。
7.如权利要求1至3任一项所述的方法，其中湿的幅材中的水分含量在10至60重量％的范围内。
8.如权利要求7所述的方法，其中湿的幅材中的水分含量在20至50重量％的范围内。
9.如权利要求8所述的方法，其中湿的幅材中的水分含量在25至45重量％的范围内。
10.如权利要求1至3任一项所述的方法，其中在在线加工步骤中实施加热的步骤。
11.如权利要求1至3任一项所述的方法，其中在离线加工步骤中实施加热的步骤。
12.如权利要求1至3任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括处理幅材的表面和/或涂覆幅材的步骤。
13.纸或纸制品，其包含幅材，所述幅材可通过如权利要求1至12中任一项的方法获得。
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