CN1387599A - 未涂布的纸及纸板产品 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种新质量的、带有漂白化学浆顶面的、单层或多层的未涂布的纸张和纸板产品,如液体纸板或白色外层挂面。所述顶层表面的光泽度值为20－50%,在3－30mm波长范围内光泽度改变系数低于5%,并且表面粗糙度(PPS－10)为2－5微米。所披露产品良好的适印性使之能够用于生产包装。所述产品可通过如下造纸方法得到:其中纸张或纸板的压光利用延伸的柔软压区压光机进行,所述压光机具有加热辊、例如内部感应加热辊,并且表面温度为250－350℃,并且对纸板的压力为5－40MPa。任选地,可以通过将蒸汽施加至纸张或纸板顶面上而进行压光操作。

Description

未涂布的纸及纸板产品

本发明涉及一种新质量的未涂布的纸以及带漂白化学浆顶层的纸产品。新质量的特征是低表面粗糙度、高光泽度、和最小光泽度改变。本发明的纸及纸板产品有特别适合于印刷的顶面，并且所述产品优选用于生产不同包装。本发明还涉及新产品的生产。所述顶层表面的特征在于：该表面类似于涂布的而不是未涂布的产品。

发明背景

在包装生产领域中，用于包装的纸或纸产品特别需要良好的适印性。

通常通过压光和/或通过施加颜料化涂层至所述表面上，并因此得到与未涂布表面相比更细的表面孔结构和表面地形，这样通过降低表面粗糙度而取得适用于印刷的纸或纸产品的表面。在绝大多数情况下，压光操作还在涂布操作之后进行，以进一步改善表面并增加光泽度。

为节省资源并改善经济性，有利的是，减少特定种类产品(例如得自油基原料的无机涂布颜料和有机涂布粘合剂)生产用的不可再生原料的用量。然而，希望在不危害产品质量要求如足够的松厚度、挺度、表面光泽度和印刷用表面的情况下，实现不可再生原料的节省。

能够在不危害其它质量要求的情况下生产出具有良好印刷表面的未涂布的纸和纸板产品，是人们所希望的。

在生产具有适用于印刷的表面的纸和纸板产品时，在一个或多个压区中对纸幅进行压榨，在大多数情况下，在干燥或涂布之后，在压光操作中进行压榨。通过压光所致的厚度下降，以及松厚度的改变在大多数情况下被认为是缺点。因此，使表面区域局部变形并使松厚结构的变形最小化将是人们所希望的。通常的理论是，产生与纸张内部相比更为柔软并因此更易变形的表面层。然后获得了在厚度方向上的挺度梯度，并且能够降低取得一定表面性能例如光泽度所需的压缩应力。降低的压缩应力将部分地保留松厚结构(纤维及纤维网)。

在厚度方向上获得所述挺度梯度的最通常已知的可能性是热软化纸张的表面。然后在两辊之间对纸张进行压榨，其中将一个辊或两个辊加热至高温(＞120℃)。在压区中的接触时间较短，这将造成比松厚材料更高温度的表面区。因此，表面材料(例如纤维或涂布粘合剂)将相对地更易压缩。主要工艺被称之为温度梯度压光(Kerekes and Pye 1974，Crotogino 1982 and Vreeland 1986)。对于未涂布的纸产品，在温度梯度压光期间，纸张表面区的软化可称之为木材聚合物；木素，半纤维素和纤维素的热软化。

然而，通过使用温度梯度压光，通过在纤维絮凝物区域的表面孔结构和该纤维絮凝物之间的区域间引入差异，表面层更大程度的局部变形可能会造成更不均匀的表面致密化，即大规模的平面改变。如果应力集中在纸张结构的致密部分中，那么表面性能和机械性能方面不希望的不同质性可能会由于压光而引入。因此，使用与相对硬压区结合的温度梯度压光将受到限制。换句话说，当进行压光时，纤维絮凝物以及纤维絮凝物之间区域的压缩需要进行平衡。使用柔软压区，尤其是延伸柔软压区将可能获得所述的平衡。

与硬压区相比，柔软压区的优点通常被描述为更为温和的压缩，其中应力不仅仅集中于纸张结构的较厚部分。由于更为均匀的压缩，柔软的压光将产生更少的多孔性改变，并因此使压光变黑和印刷杂色的趋势下降(Stevens等人1989)。

与常规的柔软压区相比，在压光区中的局部应力集中将由于延伸的柔软压区而明显下降。因此，能够得到所需平滑度的纸表面，其中，当涂布纸进行压光时表面性能的局部改变很少或没有任何增加(Wikstrom等人，1997)。

柔软压区与高辊温度结合使用已有很长的时间。例如，Brecht和Müller(1968)软压光了涂布纸板，并且发现，当将辊温增加至200℃时，在相同松厚度时将明显改变光泽度和平滑度。

然而，与通常使用的相比具有明显更高压光温度的、延伸的柔软压区压光工艺先前没有披露用来生产具有漂白化学浆表面层的未涂布的纸张和纸板产品，并且所述表面层具有低的表面粗糙度、高光泽度、和使产品能够用于生产高质量印刷包装的最小光泽度改变。

发明说明

本发明提供了一种带有漂白化学浆顶层的未涂布的纸张和纸板产品，所述未涂布的纸张和纸板产品在不危害其它质量要求的情况下具有良好的印刷用表面。本发明还提供未涂布的纸张和纸板产品在生产包装中的用途。另外，本发明还提供：在未涂布的纸张和纸板产品生产方法中的一新步骤，从而得到本发明的产品。

通过如下造纸方法可得到本发明的未涂布的纸张和纸板产品，在所述方法中，在保持纸张结构均匀性的同时，取得了使不含磨木浆的未涂布的纸张和纸板产品高度的表面变形。所述造纸方法包括：利用比通常使用的明显更高的压光温度的、延伸的柔软压区(也称之为长压区)压光工艺，尤其是用于带有漂白化学浆表面层的未涂布的纸张和纸板产品。

更准确地说，将延伸的柔软压光压区与250℃或更高的辊温结合使用，对于未涂布的纸张和纸板产品，仅一次通过压区，就将提供取得表面性能独特绝对值的可能性(例如纸张光泽度、和PPS表面粗糙度)，尤其是因此保护了纸张结构的均匀性(低的光泽度改变，无变黑等)。

因此，本发明的一方面涉及带有漂白化学浆顶层的一层或多层的未涂布的纸张或纸板，其中，顶层表面的光泽度值根据Tappi T480测量为20-50％，在波长范围3-30mm内光泽度变更系数低于5％，而根据ISO 8791-4进行测量时，表面粗糙度(PPS-10)为2-5微米，优选3-5微米。

通过Bryntse和Norman(1976)描述的方法，可以测量所述光泽度变更系数。

在本发明产品的两个优选的实施方案中，它们是液体纸板和白色外层挂面。

本发明的另一方面涉及本发明的未涂布的纸张或纸板在生产包装中的用途。

本发明的另一方面涉及在生产本发明未涂布的纸张或纸板的方法中的造纸特征，即纸张或纸板的压光利用延伸的柔软压区压光机进行，所述压光机具有对着纸张或纸板的顶层压榨的加热辊并且表面温度为250-350℃，并且根据线载荷、压光带的性能以及延伸的柔软压区的长度，将对着纸板的压力调节至5-40MPa。

在本发明这方面的优选实施方案中，加热辊是内部感应加热金属辊，并且恰好在压区之前，在将与加热辊接触的纸幅这一侧上，将蒸汽施于纸张或纸板表面上。

下面将通过实施方案的说明来描述本发明，但应当理解的是，这些实施方案并不是对由权利要求书限定的保护范围进行限制。

实施方案描述

用来生产本发明产品的造纸方法包括延伸的柔软压区的压光机，其中金属辊能够通过感应加热而加热至高于250℃。利用这样的安排，对于未涂布的、不含磨木浆的产品，尤其当考虑使纸幅只通过一个压光压区时，能够获得或多或少是独特的压光结果。

对于为什么相信目前所取得的表面性能可能仅能通过延伸柔软压区与高辊温相结合使用而产生的理由，可分成如下主要特征：

漂白不含磨木浆的纸浆的纸产品，与含磨木浆或未漂白浆的产品相比，软化(或塑化)是相当困难的(Salmen and Back 1980)。延伸的柔软压区，由于长的压区停留时间，提供了增强的温度脉冲，即利用更短的压区时，在不明显降低机器速度的情况下，热传递将不充分。

由于延伸的柔软压区局部变形所致，在纸张即纤维絮凝物的更厚且更致密区域上将取得更大程度的、更为均匀的压力。因此避免了大的应力集中，并且在纸张的所有区域中将产生弹性-塑性变形。纸张表面将复制刚性加热辊的平滑表面，而可变形的背衬将产生一柔性的支承，这将使纸张结构的密度和孔度分布更为均匀。

因此，利用延伸的柔软压区，能够增加平均光泽度，而光泽度改变仅有限地增加。至于未压光纸张，光泽度改变将或多或少基本保持在同一水平上，或者当使用柔软压区时只是稍稍地增加，而使用常规柔软压区或硬压区时，将明显地增加光泽度改变，同时平均光泽度值也将增加。图1阐明了这些发现，其中未涂布漂白液体纸板用延伸柔软的压区、常规的压区和硬压区进行压光。对于其它等级的试验发现了同样的规律。光泽度改变由Bryntse and Norman所述的方法(1976)表征。

附图说明

图1是：其中光泽度分布(即光泽度局部改变)以光泽度改变系数(波长范围3-30mm)来表示。另外还示出了平均光泽度(Tappi T-480)(空心圆圈)。测试点表示：同一组未涂布漂白液体纸板不同的压光条件。符号：Base表示原纸，H表示硬压区，S表示常规柔软压区，LN表示延伸的柔软压区，m表示恰好在压光压区之前施加蒸汽并且数字表示辊的温度℃。

由图1可以看出，利用新的压光理论，获得了光泽度绝对值相当明显的增加。当未涂布漂白液体纸板在250℃的辊温下并恰好在压区之前将蒸汽施加至纸幅上，用延伸的柔软压区进行压光时，光泽度从6％增加至41％。与此同时，PPS-10表面粗糙度从8降至3微米。纸板表面可见的压印，与未涂布产品相比时，涂布产品将保留更多。

试验印刷结果表明了本发明产品良好的印刷性能。与利用柔软压区的常规方法进行压光的未涂布参考标准相比，印刷物杂色较少，这可能是由于均匀的表面结构和降低的表面孔度所致。十分重要的是，孔结构要相当均匀，以避免产生印刷物杂色的油墨吸收率的局部改变。此外，与参考标准相比，印刷物光泽度更高，这可能是由于更为紧密的表面(降低的表面孔度)所致的更高的油墨保持性。

另外还应指出的是，在某些情况下，利用新压光理论所取得的结果，可能通过恰好在压光压区之前施加蒸汽而得以改善。当与湿度梯度相结合时，存在温度梯度可能是特别有效的，这是因为水份将降低木材聚合物的软化温度(Salmen and Back1980)。

用于压光操作的设备

下面将描述用于完成新压光理论的设备。

在开发工作中使用了两种不同种类的延伸的柔软压光压区。目标压光结果，即根据本发明的产品能够用这两种种类的压区取得。

另外也详细描述了鞋—带压区(例如Turtinen and Tani 1998，Nahass andGrawford 1999)。绝大部分的装置由静态水力加载的凹面压榨鞋和无端聚合物带组成。为防止在静态压榨鞋和移动聚合物带之间产生的摩擦热过多，使用呈油膜状的中间层，该中间层将消散压力。压榨鞋的长度和形状是确定压区长度的主要因素。

使用辊—带构形，即第二种延伸的柔软压光机压区(例如Neier and Rudt1995)。替代静止的压榨鞋，聚合物带此时由可旋转的钢辊支承。延伸的压区长度主要由聚合物带的带厚度和压缩变形特性来确定，所述带与常规背辊外套相比，明显更易变形。使带伸展的辊以及控制带CD-位置的校准辊是该理论另外需要的部件。当利用延伸的柔软压区时，静压区的长度估计约35毫米。

压光辊通常通过沿外周钻孔的管流经辊外壳的油、水或水蒸汽加热。然而，在这些试验中，为了取得250℃以及更高的加热辊表面温度，使用了内部感应加热。通过安装在辊外壳内部的感应线圈产生的电磁场而产生加热((Okamoto 1989Tokuden，Kyoto，Japan)。在本发明中，油加热辊和外部感应加热相结合可能是获得250℃或更高温度的另一替代方案。然而，这种可能性尚未在上面披露的试验中使用。

参考资料

Brecht W.and Müller G.(1968)：“用光泽压光机进行的试验(Test performed witha gloss calender)”，Tappi，51：2，61A.

Bryntse G.and Norman B.(1976)：“测量表面差异和印刷与未印刷样品的漫反射的方法(A method to measure variations in surface and diffuse reflectance of printed andunprinted samples)”，Tappi，59：4，102.

Crotogino R.H.(1982)：“温度梯度压光法(Temperature-gradient calendering)”，Tappi J.，65：10，97.

Kerekes R.J.And Pye I.T.(1974)：“新型印刷压光：温度与负荷影响的实验对比(Newsprint calendering：an experimental comparison of temperature and loading effects)”，Pulp Paper Can.，75：11，T379.

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Salmén L. And.Back E.L.(1980)：“由湿度控制的纸张热软化及评价纸张弹性模量(Moisture dependent thermal softening of paper，evaluated by its elastic modulus)”，Tappi，63：6，117.

Stevens R.K.，Mihelich W.G.and.Neill M.T(1989)：“未涂磨木浆的级别用的在线压光机(On-line soft calender for uncoated groundwood grades)”，Proc.TAPPI CoatingConference，TAPPI PRESS，Atlanta，USA，p.191.

Turtinen P.And Tani M.(1998)：“OptiDwell-保持松厚度的新压光方法(OptiDwel-The new bulk preserving calendering method)”，Proc.PITA Ann.Conference，53页.

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Wikstrm M.，Nylund T.And Rigdahl，M.(1997)：“在延伸的柔软压区内压光涂布的纸和纸板(Calendering of coated paper and board in an extended soft nip)”，NordicPulp Paper Res.J.，12：4，289.

Claims (8)

1.一种带有漂白化学浆顶层的单层或多层的未涂布的纸张或纸板产品，其特征在于：所述顶层表面的光泽度值根据Tappi T480测量为20-50％，在3-30mm波长范围内光泽度改变系数低于5％，并且根据ISO 8791-4测量的表面粗糙度(PPS-10)为2-5微米。

2.根据权利要求1的未涂布的纸张和纸板产品，其中根据ISO8791-4测量的表面粗糙度(PPS-10)为3-5微米。

3.根据权利要求1或2的未涂布的纸张和纸板产品，其中所述产品为流体纸板。

4.根据权利要求1或2的未涂布的纸张和纸板产品，其中所述产品为白色外层挂面。

5.根据权利要求1-4任一项的纸张和纸板产品在生产包装中的用途。

6.一种权利要求1的未涂布的纸张和纸板产品的生产方法，其中纸张或纸板的压光利用延伸的柔软压区压光机进行，所述压光机具有对着纸张或纸板的顶层压榨的加热辊并且表面温度为250-350℃，并且根据线载荷、压光带的性能以及延伸的柔软压区的长度，将对着纸板的压力调节至5-40MPa。

7.根据权利要求6的方法，所述加热辊为内部感应加热的金属辊。

8.根据权利要求6或7的方法，其中，在将与加热辊进行接触的纸幅这一侧上，恰好在压区之前，将蒸汽施加至纸张或纸板产品上。

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