CN114072555B - 平滑且低密度的纸板结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造纸板结构的方法，包括使纸板基材通过热‑硬压光机以产生压光纸板基材，该热‑硬压光机包括由热辊和对辊限定的辊隙，其中热辊的接触表面被加热至升高的温度。然后该方法包括将底涂层施加到压光纸板基材以产生底涂布的纸板基材，该底涂层包含底涂层粘合剂和底涂层颜料共混物。该方法进一步包括将顶涂层施加到底涂布的纸板基材。

Description

平滑且低密度的纸板结构及其制造方法
优先权
本申请要求于2019年5月10日提交的U.S. Ser. No. 62/846,278的优先权。
技术领域
本专利申请涉及平滑、低密度的纸板及其制造方法。
背景技术
纸板用于各种包装应用中。例如，无菌液体包装纸板用于包装饮料纸箱、盒子等。因此，客户通常优选具有大体平滑的表面且几乎没有瑕疵的纸板，以便于印刷高质量的文字和图形，从而增加用纸板包装的产品的视觉吸引力。
通常，纸板平滑度是通过湿堆叠压光工艺实现的，其中纸板被再润湿并通过具有两个或更多个硬辊的压光装置。湿堆叠压光工艺通过压缩纤维网络（例如，施加辊隙载荷）以减少原料板中的凹坑和裂缝来使纸板平滑。因此，平滑纸板通常比不太平滑的纸板更致密（例如，膨松度更低）。
尽管如此，在许多纸板应用中，低密度是理想的品质。然而，使用常规方法制备平滑纸板通常需要大幅增加纸板密度。
因此，本领域技术人员在纸板制造领域继续研究和开发尝试。
概述
在一方面，所公开的用于制造纸板结构的方法包括使纸板基材通过热-硬压光机以产生压光纸板基材，所述热-硬压光机包括由热辊和对辊限定的辊隙，其中所述热辊的接触表面被加热至升高的温度。所公开的方法然后包括将底涂层施加到所述压光纸板基材以产生底涂布的纸板基材，所述底涂层包含底涂层粘合剂和底涂层颜料共混物。所公开的方法进一步包括将顶涂层施加到所述底涂布的纸板基材。所述纸板结构具有基重、纸厚度（caliper thickness）和帕克印刷表面（Parker Print Surf）平滑度，所述帕克印刷表面平滑度为至多约3微米，所述基重为至多Y2磅/3000英尺2，其中Y2是以点为单位（1点=千分之一英寸）的所述纸厚度（X）的函数，且计算如下：
Y2=3.71+13.14X–0.1602X2。
在另一方面，所公开的用于制造纸板结构的方法包括使纸板基材通过热-硬压光机以产生压光纸板基材，所述热-硬压光机包括由热辊和对辊限定的辊隙，其中所述热辊的接触表面被加热至升高的温度。所公开的方法然后包括将底涂层施加到所述压光纸板基材以产生底涂布的纸板基材，所述底涂层包含底涂层粘合剂和底涂层颜料共混物。所公开的方法进一步包括将顶涂层施加到所述底涂布的纸板基材。
根据以下详细描述、附图和所附权利要求，所公开的用于制造纸板结构的方法的其它方面以及通过此类方法制造的纸板结构将变得显而易见。
附图简述
图1是示例平滑、低密度的纸板结构的横截面视图。
图2是用于制造平滑、低密度的纸板结构的方法的第一实例的示意图。
图3是用于制造平滑、低密度的纸板结构的方法的第二实例的示意图。
图4是所公开的平滑、低密度的纸板结构的各种实例以及现有技术实例的密度对纸厚度的图示。
图5是所公开的纸厚度为约10点的平滑、低密度的纸板结构的各种实例以及现有技术实例的密度对帕克印刷表面平滑度的图示。
图6是所公开的纸厚度为约14点的平滑、低密度的纸板结构的各种实例以及现有技术实例的密度对帕克印刷表面平滑度的图示。
图7是所公开的平滑、低密度的纸板的各种实例的基重对纸厚度的图示。
图8是所公开的平滑、低密度的纸板以及现有技术实例的基重对纸厚度的图示。
图9是所公开的平滑、低密度的纸板的各种实例的基重对纸厚度的图示。
图10是所公开的平滑、低密度的纸板以及现有技术实例的基重对纸厚度的图示。
详细描述
参考图1，示出了可以使用本文所公开的方法20制造的示例纸板结构10。纸板结构10可具有纸厚度T和其上可印刷文字或图形的上表面S。纸板结构还包括纸板基材12和涂层结构19。
纸板基材12可以是能够被涂布的任何纸板材料，例如被所公开的底涂层14涂布。纸板基材12可以被漂白，并且可以是单层基材或多层基材。然而，也考虑使用未漂白的纸板基材12。本领域技术人员将理解，纸板基材12将比纸更厚且更硬。通常，纸板基材12的未涂布基重为约85磅/3000英尺2或更多。然而，在一个或多个实例中，纸板基材12的未涂布基重可以为约100磅/3000英尺2或更多。合适的纸板基材12的一个具体的非限制性实例是固体漂白硫酸盐（SBS）纸板。在一个特定实例中，纸板基材12可以包括基本化学（而不是机械）处理的纤维，例如基本100%化学处理的纤维。合适的化学处理的纤维基材的实例包括固体漂白硫酸盐纸板或固体未漂白硫酸盐纸板。
在不偏离本公开的范围的情况下，可以将附加组分，例如粘合剂、填料、颜料等添加到纸板基材12。此外，纸板基材12可以基本不含用于增加体积的塑料颜料，例如中空塑料颜料或可膨胀微球，或其它化学膨松剂。此外，纸板基材12可以基本上不含研磨木屑。
涂层结构19包括底涂层14、顶涂层18并且可以包括任何数量的中间涂层16。底涂层14、顶涂层18和任选的中间涂层16可以改善纸板结构10的表面S的平滑度，而不显著降低纸板结构10的纸厚度T。首先将底涂层14直接施加到纸板基材12，然后可以是各种中间涂层16。最后施加顶涂层18以形成最外层（例如，底涂层位于顶涂层和纸板基材之间）。一旦施加，涂层结构的总涂层重量可以等于各个层（例如，底涂层14、顶涂层18和中间涂层16）的组合重量。可以在涂层结构已经干燥之后测量总涂层重量。在一个实例中，涂层结构以干重计的总涂层重量可以为约8磅/3000英尺2至约18磅/3000英尺2。在另一实例中，涂层结构以干重计的总涂层重量可以为约10磅/3000英尺2至约18磅/3000英尺2。在又一实例中，涂层结构以干重计的总涂层重量可以为约12磅/3000英尺2至约16磅/3000英尺2。
底涂层14包含底涂层粘合剂、底涂层颜料（或底涂层颜料共混物）和任选的各种其它组分。在一个特定实施方式中，底涂层颜料共混物包含研磨碳酸钙和超扁平（hyperplaty）粘土（例如，具有相对高的纵横比或形状因子的粘土）。例如，底涂层颜料共混物可基本由研磨碳酸钙和超扁平粘土组成。术语“纵横比”和“形状因子”是指各个粘土颗粒的几何形状，特别是指粘土颗粒的第一维度（例如，粘土颗粒的直径或长度）与粘土颗粒的第二维度（例如，粘土颗粒的厚度或宽度）的比较。术语“超扁平”、“高纵横比”和“相对高纵横比”是指通常超过40:1的纵横比，例如50:1或更大，特别是70:1或更大，且优选90:1或者更大。
在一个实例中，底涂层颜料共混物的超扁平粘土可包括片状粘土，其中平均而言，粘土颗粒的纵横比为约40:1或更大。在另一实例中，底涂层颜料共混物的超扁平粘土可包括片状粘土，其中平均而言，粘土颗粒的纵横比为约70:1或更大。在又一实例中，底涂层颜料共混物的超扁平粘土可包括片状粘土，其中平均而言，粘土颗粒的纵横比为约90:1或更大。这样的粘土的一个实例是BARRISURF™，其可以从Roswell, Ga的Imerys Pigments,Inc.获得。
底涂层颜料共混物的研磨碳酸钙可以根据研磨碳酸钙的粒度从细到粗。其中约95%的研磨碳酸钙颗粒的直径小于约2微米，则通常认为该研磨碳酸钙是“细的”。其中约60%的研磨碳酸钙颗粒的直径小于约2微米，则通常认为该研磨碳酸钙是“粗的”。进一步，当约35%的研磨碳酸钙颗粒的直径小于约2微米时，则该研磨碳酸钙也可以是“超粗的”。
在一个实例中，底涂层颜料共混物可包含研磨碳酸钙，其中约60%的钙颗粒的直径小于约2微米。这样的研磨碳酸钙的一个实例是可从德国Oftringen的Omya AG获得的HYDROCARB® 60。在另一实例中，底涂层颜料共混物可包含研磨碳酸钙，其中约45%的钙颗粒的直径小于约2微米。在又一实例中，底涂层颜料共混物可包含研磨碳酸钙，其中约35%的钙颗粒的直径小于约2微米。
在底涂层颜料共混物中，研磨碳酸钙与超扁平粘土的比率可变。在一个实例中，研磨碳酸钙可以为底涂层颜料共混物的至少约10重量％和底涂层颜料共混物的至多约60重量％。在另一实例中，研磨碳酸钙可为底涂层颜料共混物的至少约40重量％和底涂层颜料共混物的至多约60重量％。在又一实例中，底涂层颜料共混物包含约50重量％的研磨碳酸钙和约50重量％的超扁平粘土。
底涂层粘合剂可以是任何合适的粘合剂并且可以基于多种制造考虑进行选择。在一个实例中，底涂层粘合剂可包括胶乳。在另一实例中，底涂层粘合剂可包括苯乙烯-丙烯酸系胶乳。合适的底涂层粘合剂的实例包括可从Midland, MI的 Dow ChemicalCorporation获得的RHOPLEX P-308和可从Irving, TX的Celanese InternationalCorporation获得的RESYN 1103。同样，各种其它底涂层组分也可以根据制造考虑而不同。然而，在一个或多个实例中，各种其它底涂层组分可包括分散剂。这样的分散剂的一个实例是可从Denham Springs, LA的Bercen, Inc.获得的BERCHEM 4842。
顶涂层18可以在底涂层14已被施加之后被施加到纸板基材12。顶涂层18可以是任何合适的顶涂层并且可以包含顶涂层粘合剂、顶涂层颜料共混物和各种其它组分。顶涂层颜料共混物可包含碳酸钙和粘土。在一个实例中，碳酸钙可以是顶涂层颜料共混物的至少约50重量％和顶涂层颜料共混物的至多约70重量％。在另一实例中，顶涂层颜料共混物可包含约60重量％的碳酸钙和约40重量％的粘土。就碳酸钙的粗糙度和粘土的纵横比而言，顶涂层颜料共混物可以与底涂层颜料共混物不同或基本相似。在一个实例中，顶涂层颜料共混物可包含细研磨碳酸钙，例如可从德国Oftringen的Omya AG获得的HYDROCARB® 90。在另一实例中，顶涂层颜料共混物可包含粘土，例如可从Sandersville, GA的Thiele KaolinCompany获得的Kaofine 90。在又一实例中，顶涂层颜料共混物可包含细研磨碳酸钙和粘土。
顶涂层粘合剂可以是任何合适的粘合剂并且可以基于多种制造考虑进行选择。在一个实例中，底涂层粘合剂可包括胶乳。在另一实例中，底涂层粘合剂可包括苯乙烯-丙烯酸系胶乳。合适的底涂层粘合剂的实例包括可从Midland, MI的Dow ChemicalCorporation获得的RHOPLEX P-308和可从Irving, TX的Celanese InternationalCorporation获得的 RESYN1103。各种其它顶涂层组分可类似地包括任何合适的添加剂，例如分散剂、润滑剂和聚乙烯醇。合适的润滑剂的一个实例是可从Lafayette, IN的GeoSpecality Chemicals, Inc.获得的NOPCOTE C-104。合适的聚乙烯醇的一个实例是可从Dallas, TX的Sekisui Specialty Chemicals America获得的SEKISUI SELVOL 205。
参考图2，图示了用于制造纸板结构10的示例方法20。方法20可在流浆箱22处开始，流浆箱22可将纤维浆料排放到长网造纸机24上以形成纸板基材26。纸板基材26可以通过一个或多个湿压机28，并且任选地通过一个或多个干燥器30。可以使用施胶机32并且施胶机32可以稍微减小纸板基材26的纸厚度并且任选的干燥器34可以额外地干燥纸板基材26。
然后纸板基材26通过热-硬压光机60以产生压光纸板基材。热-硬压光机60包括辊隙62，其中可以向纸板基材26施加辊隙载荷。进一步，辊隙62由对辊68和热辊64限定。对辊68和/或热辊64可由金属材料，例如钢或铁，或其它合适的硬质材料，例如耐热树脂复合材料制成。热辊64包括被加热至升高的温度的至少一个接触表面66（用于接触纸板基材26）。在另一实例中，如图3中所示，热-硬压光机60可以替代地包括辊隙62和第二辊隙63，其中辊隙62由热辊64和对辊68限定，且第二辊隙63由同一热辊64和第二对辊69限定。
被施加到纸板基材12的辊隙载荷可以不同。在一个实例中，被施加到纸板基材12的辊隙载荷可以为约20pli（磅/线性英寸）至约500pli。在一个实例中，被施加到纸板基材12的辊隙载荷可以为约20pli至约350pli。在一个实例中，被施加到纸板基材12的辊隙载荷可以为约20pli至约160pli。在一个实例中，被施加到纸板基材12的辊隙载荷可以为约30pli至约140pli。
当纸板基材12通过热-硬压光机60时，热辊64的接触表面66被加热至升高的温度，以在纸板基材12被压光时将其加热。在一个实例中，升高的温度可以是至少250°F。在另一实例中，升高的温度可以是至少300°F。在另一实例中，升高的温度可以是至少400°F。在又一实例中，升高的温度可以是至少500°F。
在被压光之后，纸板基材12可以通过另一任选的干燥器38并到达第一涂布机40。第一涂布机40可以是刮刀涂布机等并且可以将底涂层14施加到纸板基材12上，从而产生底涂布的纸板基材。任选的干燥器42可以在施加另一涂层之前至少部分地干燥底涂层14。然后第二涂布机44可将顶涂层18施加到底涂布的纸板基材上，从而产生纸板结构。另一任选的干燥器46可以在纸板基材26行进到任选的光泽压光机48之前完成干燥过程并且纸板基材26被卷到卷轴50上。本领域技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可以在施加底涂层14之后和施加顶涂层18之前使用额外的涂布机。这些额外的涂布机可以施加例如中间涂层16。
在这一点上，本领域技术人员将理解，上文公开的底涂层14、顶涂层18、中间涂层16和相关施加技术可以在整个涂布过程中基本保持纸板基材的纸厚度的同时，大幅提高所得纸板结构10的平滑度，从而产生平滑（例如，帕克印刷表面平滑度为3微米或更小）、低密度的纸板结构10。
实施例
下面提出了根据本公开制备的平滑、低密度的纸板的具体实施例。
实施例1
使用全规模生产工艺制备基重为约145磅/3000英尺2的未涂布的固体漂白硫酸盐（SBS）纸板基材。在生产过程中，淀粉被施加到SBS板的表面。
通过芬兰Järvenpää的Valmet Technologies Oy，使用具有两辊（例如，一个辊隙）设计的热-硬压光机压光纸板基材。热-硬压光机包括一个热辊和一个对辊。辊隙载荷为约140pli，并且热辊的表面温度为约480°F。
底涂层制备为50份高纵横比粘土、50份超粗碳酸钙、17份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、4份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯和少量的分散剂的混合物。
顶涂层也制备为60份细碳酸盐、40份细粘土、9份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、3份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯、少于2%的聚乙烯醇和少量的分散剂和润滑剂的混合物。
然后在压光纸板基材的一侧（C1S）上涂布底涂层，然后涂布顶涂层。所施加的涂层（底涂层和顶涂层）的总量为约14磅/3000英尺2。
然后在WestRock试验工厂使用光泽型压光机对涂布的纸板结构进行最终压光。光泽型压光机包括包覆有软聚氨酯覆盖物的对辊，并施加约150pli的辊隙载荷，同时辊表面温度保持在约200°F。
涂布的纸板结构的总基重为164磅/3000英尺2，纸厚度为约0.0155英寸（15.5点），以及帕克印刷表面（PPS10S）粗糙度为约1.9微米。
实施例2
使用全规模生产工艺制备基重为约145磅/3000英尺2的未涂布的固体漂白硫酸盐（SBS）纸板基材。在生产过程中，淀粉被施加到SBS板的表面。
通过芬兰Järvenpää的Valmet Technologies Oy，使用具有两辊（例如，一个辊隙）设计的热-硬压光机压光纸板基材。热-硬压光机包括一个热辊和一个对辊。辊隙载荷为约140pli，并且热辊的表面温度为约480°F。
底涂层制备为50份高纵横比粘土、50份超粗碳酸钙、17份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、4份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯和少量的分散剂的混合物。
顶涂层也制备为60份细碳酸盐、40份细粘土、9份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、3份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯、少于2%的聚乙烯醇和少量的分散剂和润滑剂的混合物。
然后在压光纸板基材的一侧（C1S）上涂布底涂层，然后涂布顶涂层。所施加的涂层（底涂层和顶涂层）的总量为约12磅/3000英尺2。
然后在WestRock试验工厂使用光泽型压光机对涂布的纸板结构进行最终压光。光泽型压光机包括包覆有软聚氨酯覆盖物的对辊，并施加约150pli的辊隙载荷，同时辊表面温度保持在约200°F。
涂布的纸板结构的总基重为161磅/3000英尺2，纸厚度为约0.0151英寸（15.1点），以及帕克印刷表面（PPS10S）粗糙度为约1.9微米。
实施例3
使用全规模生产工艺制备基重为约145磅/3000英尺2的未涂布的固体漂白硫酸盐（SBS）纸板基材。在生产过程中，淀粉被施加到SBS板的表面。
通过芬兰Järvenpää的Valmet Technologies Oy，使用具有两辊（例如，一个辊隙）设计的热-硬压光机压光纸板基材。热-硬压光机包括一个热辊和一个对辊。辊隙载荷为约140pli，并且热辊的表面温度为约480°F。
底涂层制备为50份高纵横比粘土、50份超粗碳酸钙、17份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、4份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯和少量的分散剂的混合物。
顶涂层也制备为60份细碳酸盐、40份细粘土、9份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、3份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯、少于2%的聚乙烯醇和少量的分散剂和润滑剂的混合物。
然后在压光纸板基材的一侧（C1S）上涂布底涂层，然后涂布顶涂层。所施加的涂层（底涂层和顶涂层）的总量为约16磅/3000英尺2。
然后在WestRock试验工厂使用光泽型压光机对涂布的纸板结构进行最终压光。光泽型压光机包括包覆有软聚氨酯覆盖物的对辊，并施加约150pli的辊隙载荷，同时辊表面温度保持在约200°F。
涂布的纸板结构的总基重为164磅/3000英尺2，纸厚度为约0.0153英寸（15.3点），以及帕克印刷表面（PPS10S）粗糙度为约1.7微米。
实施例4
使用全规模生产工艺制备基重为约104磅/3000英尺2的未涂布的固体漂白硫酸盐（SBS）纸板基材。在生产过程中，淀粉被施加到SBS板的表面。
通过芬兰Järvenpää的Valmet Technologies Oy，使用具有三辊（例如，两个辊隙）设计的热-硬压光机压光纸板基材。热-硬压光机包括一个热辊和一个对辊。辊隙载荷为约90pli，并且热辊的表面温度为约500°F。
底涂层制备为50份高纵横比粘土、50份超粗碳酸钙、17份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、4份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯和少量的分散剂的混合物。
顶涂层也制备为60份细碳酸盐、40份细粘土、9份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、3份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯、少于2%的聚乙烯醇和少量的分散剂和润滑剂的混合物。
然后在压光纸板基材的一侧（C1S）上涂布底涂层，然后涂布顶涂层。所施加的涂层（底涂层和顶涂层）的总量为约12磅/3000英尺2。
然后在WestRock试验工厂使用光泽型压光机对涂布的纸板结构进行最终压光。光泽型压光机包括包覆有软聚氨酯覆盖物的对辊，并施加约150pli的辊隙载荷，同时辊表面温度保持在约200°F。
涂布的纸板结构的总基重为119磅/3000英尺2，纸厚度为约0.0105英寸（10.5分），以及帕克印刷表面（PPS10S）粗糙度为约1.3微米。
实施例5
使用全规模生产工艺制备基重为约104磅/3000英尺2的未涂布的固体漂白硫酸盐（SBS）纸板基材。在生产过程中，淀粉被施加到SBS板的表面。
通过芬兰Järvenpää的Valmet Technologies Oy，使用具有三辊（例如，两个辊隙）设计的热-硬压光机压光纸板基材。热-硬压光机包括一个热辊和一个对辊。辊隙载荷为约90pli，并且热辊的表面温度为约500°F。
底涂层制备为50份高纵横比粘土、50份超粗碳酸钙、17份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、4份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯和少量的分散剂的混合物。
顶涂层也制备为60份细碳酸盐、40份细粘土、9份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、3份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯、少于2%的聚乙烯醇和少量的分散剂和润滑剂的混合物。
然后在压光纸板基材的一侧（C1S）上涂布底涂层，然后涂布顶涂层。所施加的涂层（底涂层和顶涂层）的总量为约12磅/3000英尺2。
然后在WestRock试验工厂使用光泽型压光机对涂布的纸板结构进行最终压光。光泽型压光机包括包覆有软聚氨酯覆盖物的对辊，并施加约150pli的辊隙载荷，同时辊表面温度保持在约200°F。
涂布的纸板结构的总基重为117磅/3000英尺2，纸厚度为约0.0103英寸（10.3点），以及帕克印刷表面（PPS10S）粗糙度为约1.4微米。
实施例6
使用全规模生产工艺制备基重为约104磅/3000英尺2的未涂布的固体漂白硫酸盐（SBS）纸板基材。在生产过程中，淀粉被施加到SBS板的表面。
通过芬兰Järvenpää的Valmet Technologies Oy，使用具有两辊（例如，一个辊隙）设计的热-硬压光机压光纸板基材。热-硬压光机包括一个热辊和一个对辊。辊隙载荷为约90pli，并且热辊的表面温度为约500°F。
底涂层制备为50份高纵横比粘土、50份超粗碳酸钙、17份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、4份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯和少量的分散剂的混合物。
顶涂层也制备为60份细碳酸盐、40份细粘土、9份苯乙烯-丙烯酸系粘合剂、3份表面活性剂稳定的聚乙酸乙烯酯、少于2%的聚乙烯醇和少量的分散剂和润滑剂的混合物。
然后在压光纸板基材的一侧（C1S）上涂布底涂层，然后涂布顶涂层。所施加的涂层（底涂层和顶涂层）的总量为约15磅/3000英尺2。
然后在WestRock试验工厂使用光泽型压光机对涂布的纸板结构进行最终压光。光泽型压光机包括包覆有软聚氨酯覆盖物的对辊，并施加约150pli的辊隙载荷，同时辊表面温度保持在约200°F。
涂布的纸板结构的总基重为120磅/3000英尺2，纸厚度为约0.0106英寸（10.6点），以及帕克印刷表面（PPS10S）粗糙度为约1.3微米。
对比例1–6
对于上述实施例中的每一个，还制备了对比例以展示所公开的方法所呈现的改进（例如，对比例1与实施例1对比，对比例2与实施例2对比，等等）。每个对比例的纸板基材最初以与相应实施例相同的方式制备（例如，未涂布、相同的基重且施加有淀粉）。然而，代替通过热-硬压光机压光，而是在传统压光条件下使用传统压光机对对比例的纸板基材进行压光。与任何实施例相比，施加到对比例的辊隙载荷高得多，为350pli，并且辊表面温度低得多，为200°F。压光后，将对比例以与其相应的实施例中相同的方式并使用相同的底涂层和顶涂层配制物进行涂布。对比例也以与其对应的实施例相同的方式进行最终压光。
概括
结果总结在下面的表1和2中。表1呈现了纸板基材在涂布前进行压光的条件，并且表2呈现了已经涂布后的所得数据。
表1
辊隙载荷（pli） 辊表面温度（°F） 辊隙数量
实施例1 140 480 1
实施例2 140 480 1
实施例3 140 480 1
实施例4 90 500 2
实施例5 90 500 2
实施例6 90 500 1
对比例1 350 200 4
对比例2 350 200 4
对比例3 350 200 4
对比例4 350 200 4
对比例5 350 200 4
对比例6 350 200 4
表2
实际纸厚度（点） 基重（磅/3,000英尺<sup>2</sup>） 密度（磅/3,000英尺<sup>2</sup>/点） PPS（微米） 总涂层重量（磅/3,000英尺<sup>2</sup>）
实施例1 15.5 164 10.6 1.9 14
实施例2 15.1 161 10.6 1.9 12
实施例3 15.3 164 10.8 1.7 16
实施例4 10.5 119 11.3 1.3 12
实施例5 10.3 117 11.3 1.4 12
实施例6 10.6 120 11.3 1.3 15
对比例1 14.6 162 11.1 1.9 13
对比例2 14.8 164 11.1 1.6 15
对比例3 14.6 164 11.1 1.8 15
对比例4 10.3 120 11.7 1.4 11
对比例5 10.3 123 11.9 1.2 14
对比例6 10.3 121 11.8 1.3 12
如表1和2中所示，尽管施加显著低的辊隙载荷，但可以使用所公开的方法（其利用热-硬压光机）制造相对平滑的纸板结构。实施例1-6中施加的辊隙载荷比它们相应的对比例中施加的辊隙载荷低60%至74.3%。不受任何特定理论的束缚，据信在显著更高的温度下压光纸板基材可补偿较低的辊隙载荷以实现所需的平滑度。
来自实施例1-6的密度（例如，基重除以纸厚度）对纸厚度的数据，以及现有技术纸板的密度对纸厚度的数据绘制在图4中。本领域技术人员将理解，当根据本公开制备纸板时，实现了显著更低的密度。本领域技术人员还将理解，密度是纸厚度的函数，因此在评估帕克印刷表面平滑度（PPS）时应分别比较各个纸厚度。
图5图示了根据本公开的10点板（实施例4-6）的密度对帕克印刷表面平滑度，其相对于现有技术10点板的密度对帕克印刷表面平滑度而绘制。图6图示了14点板（实施例1-3）的密度对帕克印刷表面平滑度，其相对于现有技术14点板的密度对帕克印刷表面平滑度而绘制。本领域技术人员将理解，本公开的纸板相对于现有技术呈现显著更低的密度，同时保持平滑度（例如，较低的帕克印刷表面平滑度值）。
来自实施例1-6的基重对纸厚度的数据绘制在图7中，并且现有技术纸板的基重对纸厚度的数据绘制在图8中。来自实施例1-6的所有数据点都落在曲线Y2下方，该曲线Y2是Y2=3.71+13.14X–0.1602X2的曲线图，而所有现有技术数据都位于曲线Y2上方。此外，来自公开实施例的五个数据点落在曲线Y3下方，该曲线Y3是Y3=3.63+12.85X–0.1566X2的曲线图。
类似地，根据本公开制备的纸板结构的基重对纸厚度的数据绘制在图9中，并且现有技术纸板的基重对纸厚度的数据绘制在图10中。来自实施例1-6的所有数据点都落在曲线Y2'下方，该曲线Y2'是Y2'=35.55+8.173X–0.01602X2的曲线图，而发现所有现有技术数据都位于曲线Y2'上方。此外，三个数据点落在曲线Y3'下方，该曲线Y3'是Y3'=34.83+8.010X–0.01570X2的曲线图。
虽然目前在图7-10中呈现了针对纸厚度为10和14的基重数据，但本领域技术人员将理解，由于所公开的方法和涂层能够在保持平滑度的同时实现令人惊讶的低密度，因此可以预期可以在其它纸厚度下实现类似的低密度和平滑度。在一个或多个实施例中，纸板结构的帕克印刷表面平滑度可以为至多2.5微米。在一个或多个实施例中，纸板结构的帕克印刷表面平滑度可以为2.0微米。在一个或多个实施例中，纸板结构的帕克印刷表面平滑度可以为1.5微米。
因此，本公开的方法提供了期望的平滑度（例如，低于3微米的PPS 10S平滑度），同时保持低的板密度（例如，作为纸厚度的函数，基重低于所公开的阈值）。
尽管所公开的用于制造纸板结构的方法的各种方面以及通过这种方法制造的纸板结构已经被示出和描述，但是本领域技术人员在阅读说明书后可以进行修改。本专利申请包括此类修改并且仅由权利要求的范围限制。

Claims (66)

1.一种用于制造纸板结构的方法，包括：
使纸板基材通过热-硬压光机以产生压光纸板基材，所述热-硬压光机包括由热辊和对辊限定的辊隙，其中所述热辊的接触表面被加热至至少250°F的升高的温度；
将底涂层施加到所述压光纸板基材以产生底涂布的纸板基材，所述底涂层包含底涂层粘合剂和底涂层颜料；以及
将顶涂层施加到所述底涂布的纸板基材，
其中所述纸板结构具有基重、纸厚度和帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度，所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多3微米，所述基重为至多Y2磅/3000英尺2，其中Y2是以点为单位的所述纸厚度（X）的函数，且计算如下：
Y2=3.71+13.14X–0.1602X2。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述使所述纸板基材通过所述热-硬压光机包括向所述纸板基材施加20pli至500pli的辊隙载荷。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，进一步包括在使所述纸板基材通过所述热-硬压光机的步骤之后干燥所述纸板基材并且施加底涂层。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述顶涂层包含顶涂层粘合剂和顶涂层颜料。
5.一种用于制造纸板结构的方法，包括：
使纸板基材通过热-硬压光机以产生压光纸板基材，所述热-硬压光机包括由热辊和对辊限定的辊隙，其中所述热辊的接触表面被加热至至少250°F的升高的温度；
将底涂层施加到所述压光纸板基材以产生底涂布的纸板基材，所述底涂层包含底涂层粘合剂和底涂层颜料共混物，所述底涂层颜料共混物包含研磨碳酸钙和超扁平粘土；以及
将顶涂层施加到所述底涂布的纸板基材。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述使所述纸板基材通过所述热-硬压光机包括使未涂布的纸板基材通过所述热-硬压光机。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中所述使所述纸板基材通过所述热-硬压光机包括使固体漂白硫酸盐纸板基材通过所述热-硬压光机。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述使所述纸板基材通过所述热-硬压光机包括使基重为至少85磅/3000英尺2的纸板基材通过所述热-硬压光机。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述使所述纸板基材通过所述热-硬压光机包括使基重为至少100磅/3000英尺2的纸板基材通过所述热-硬压光机。
10.根据权利要求5所述的方法，进一步包括在所述使所述纸板基材通过所述热-硬压光机之前将淀粉施加到所述纸板基材。
11.根据权利要求5所述的方法，其中所述热-硬压光机进一步包括由所述热辊和第二对辊限定的第二辊隙，并且其中所述使所述纸板基材通过包括使所述纸板基材通过所述辊隙和所述第二辊隙。
12.根据权利要求5所述的方法，其中所述热辊和所述对辊中的至少一个包含金属材料。
13.根据权利要求5所述的方法，其中所述使所述纸板基材通过所述热-硬压光机包括向所述纸板基材施加20pli至500pli的辊隙载荷。
14.根据权利要求5所述的方法，其中所述使所述纸板基材通过所述热-硬压光机包括向所述纸板基材施加20pli至350pli的辊隙载荷。
15.根据权利要求5所述的方法，其中所述使所述纸板基材通过所述热-硬压光机包括向所述纸板基材施加20pli至160pli的辊隙载荷。
16.根据权利要求5所述的方法，其中所述使所述纸板基材通过所述热-硬压光机包括向所述纸板基材施加30pli至140pli的辊隙载荷。
17.根据权利要求5所述的方法，进一步包括在使所述纸板基材通过所述热-硬压光机的步骤之后干燥所述纸板基材，并且施加底涂层。
18.根据权利要求5所述的方法，其中所述升高的温度为至少300°F。
19.根据权利要求5所述的方法，其中所述升高的温度为至少500°F。
20.根据权利要求5所述的方法，其中所述底涂层仅被施加到所述压光纸板基材的一侧。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述底涂层位于所述顶涂层和所述压光纸板基材之间。
22.根据权利要求5所述的方法，进一步包括在所述施加所述顶涂层之前将中间涂层施加到所述底涂布的纸板基材。
23.根据权利要求5所述的方法，其中所述底涂层粘合剂包括胶乳。
24.根据权利要求5所述的方法，其中所述底涂层粘合剂包括苯乙烯-丙烯酸系胶乳。
25.根据权利要求5所述的方法，其中所述超扁平粘土的平均纵横比为至少40:1。
26.根据权利要求5所述的方法，其中所述超扁平粘土的平均纵横比为至少70:1。
27.根据权利要求5所述的方法，其中所述超扁平粘土的平均纵横比为至少90:1。
28.根据权利要求5所述的方法，其中所述底涂层颜料共混物的至多60％的所述研磨碳酸钙的粒度小于2微米。
29.根据权利要求5所述的方法，其中所述底涂层颜料共混物的至多45％的所述研磨碳酸钙的粒度小于2微米。
30.根据权利要求5所述的方法，其中所述底涂层颜料共混物的至多35％的所述研磨碳酸钙的粒度小于2微米。
31.根据权利要求5所述的方法，其中所述研磨碳酸钙构成所述底涂层颜料共混物的至少10重量％和所述底涂层颜料共混物的至多60重量％。
32.根据权利要求5所述的方法，其中所述研磨碳酸钙构成所述底涂层颜料共混物的至少40重量％和所述底涂层颜料共混物的至多60重量％。
33.根据权利要求5所述的方法，其中所述底涂层颜料共混物包含50重量％的研磨碳酸钙和50重量％的超扁平粘土。
34.根据权利要求5所述的方法，其中所述底涂层颜料共混物基本由所述超扁平粘土和研磨碳酸钙组成。
35.根据权利要求5所述的方法，其中所述底涂层进一步包含分散剂。
36.根据权利要求5所述的方法，其中所述顶涂层包含顶涂层粘合剂和顶涂层颜料共混物。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述顶涂层粘合剂包括胶乳。
38.根据权利要求36或权利要求37所述的方法，其中所述顶涂层粘合剂包括苯乙烯-丙烯酸系胶乳。
39.根据权利要求36所述的方法，其中所述顶涂层颜料共混物包含碳酸钙和粘土。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述碳酸钙构成所述顶涂层颜料共混物的至少50重量％和所述顶涂层颜料共混物的至多70重量％。
41.根据权利要求39或权利要求40所述的方法，其中所述顶涂层颜料共混物包含60重量％的碳酸钙和40重量％的粘土。
42.根据权利要求5所述的方法，其中所述顶涂层包含分散剂、润滑剂和聚乙烯醇中的至少一种。
43.根据权利要求5所述的方法，其中所述施加所述底涂层和所述施加所述顶涂层在所述纸板基材上产生涂层结构，所述涂层结构以干基计的总涂层重量为8磅/3000英尺2至18磅/3000英尺2。
44.根据权利要求5所述的方法，其中所述施加所述底涂层和所述施加所述顶涂层在所述纸板基材上产生涂层结构，所述涂层结构以干基计的总涂层重量为12磅/3000英尺2至16磅/3000英尺2。
45.根据权利要求5所述的方法，其中所述纸板结构具有基重、纸厚度和帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度，所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多3微米，所述基重为至多Y2磅/3000英尺2，其中Y2是以点为单位的所述纸厚度（X）的函数，且计算如下：
Y2=3.71+13.14X–0.1602X2。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多2.5微米。
47.根据权利要求45或权利要求46所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多2.0微米。
48.根据权利要求45所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多1.5微米。
49.根据权利要求5所述的方法，其中所述纸板结构具有基重、纸厚度和帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度，所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多3微米，所述基重为至多Y2'磅/3000英尺2，其中Y2'是以点为单位的所述纸厚度（X）的函数，且计算如下：
Y2′=35.55+8.173X–0.01602X2。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多2.5微米。
51.根据权利要求49或权利要求50所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多2.0微米。
52.根据权利要求49所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多1.5微米。
53.根据权利要求5所述的方法，其中所述纸板结构具有基重、纸厚度和帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度，所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多3微米，所述基重为至多Y3磅/3000英尺2，其中Y3是以点为单位的所述纸厚度（X）的函数，且计算如下：
Y3=3.63+12.85X–0.1566X2。
54.根据权利要求53所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多2.5微米。
55.根据权利要求53或权利要求54所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多2.0微米。
56.根据权利要求53所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多1.5微米。
57.根据权利要求5所述的方法，其中所述纸板结构具有基重、纸厚度和帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度，所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多3微米，所述基重为至多Y3'磅/3000英尺2，其中Y3'是以点为单位的所述纸厚度（X）的函数，且计算如下：
Y3′=34.83+8.010X–0.01570X2。
58.根据权利要求57所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多2.5微米。
59.根据权利要求57或权利要求58所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多2.0微米。
60.根据权利要求57所述的方法，其中所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多1.5微米。
61.根据权利要求5所述的方法，进一步包括干燥所述底涂布的纸板基材。
62.通过权利要求5所述的方法制造的纸板结构。
63.根据权利要求62所述的纸板结构，所述纸板结构具有基重、纸厚度和帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度，所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多3微米，所述基重为至多Y2磅/3000英尺2，其中Y2是以点为单位的所述纸厚度（X）的函数，且计算如下：
Y2=3.71+13.14X–0.1602X2。
64.根据权利要求62或63所述的纸板结构，所述纸板结构具有基重、纸厚度和帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度，所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多3微米，所述基重为至多Y2'磅/3000英尺2，其中Y2'是以点为单位的所述纸厚度（X）的函数，且计算如下：
Y2′=35.55+8.173X–0.01602X2。
65.根据权利要求62所述的纸板结构，所述纸板结构具有基重、纸厚度和帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度，所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多3微米，所述基重为至多Y3磅/3000英尺2，其中Y3是以点为单位的所述纸厚度（X）的函数，且计算如下：
Y3=3.63+12.85X–0.1566X2。
66.根据权利要求62所述的纸板结构，所述纸板结构具有基重、纸厚度和帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度，所述帕克印刷表面（PPS 10S）平滑度为至多3微米，所述基重为至多Y3'磅/3000英尺2，其中Y3'是以点为单位的所述纸厚度（X）的函数，且计算如下：
Y3′=34.83+8.010X–0.01570X2。
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