KR101513388B1

KR101513388B1 - 디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄에 이용되는 매체

Info

Publication number: KR101513388B1
Application number: KR1020137028160A
Authority: KR
Inventors: 로켄드라 팔; 제이슨 스웨이; 글렌 티 젠타일; 샌디프 케이 뱅가루
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2015-04-17
Also published as: US8709555B2; US20140044896A1; CN103502018A; EP2701920B1; EP2701920A4; KR20140002777A; EP2701920A1; CN103502018B; WO2012148405A1

Abstract

디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄용 매체는 300 J/Kg을 초과하는 CD 잔류 인장 에너지 흡수 인덱스를 갖고 있다. 이 매체는, MD/CD 인장 강성 인덱스비가 2.0 미만이고, 인장 에너지 흡수 인덱스가 500 J/Kg을 초과하는 종이 베이스를 포함한다. 이 종이 베이스는, 침엽수 섬유 대 활엽수 섬유의 비가 3 대 7 내지 7 대 1의 범위 내인 섬유의 혼합물과, 양성 전분 대 섬유의 비가 1.0%를 초과하는 내부 전분과, 종이 베이스 중량의 약 1.0% 내지 약 12.0%의 범위 내의 충진물을 포함한다. 이 매체는 종이 베이스의 면 상의 이미지 수용층을 더 포함한다.

Description

디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄에 이용되는 매체{MEDIA USED IN DIGITAL HIGH SPEED INKJET WEB PRESS PRINTING}

책, 잡지, 신문 및 브로셔와 같은 대량 인쇄물을 제작하는 다양한 상업용의 고속 인쇄 방법이 존재한다. 과거에는, 웨브 공급식(web fed) 오프셋 프린터 및 그라비어(gravure) 접촉식 프린터와 같은 종래의 아날로그 프린터가 이러한 상업용 프린터의 가장 일반적인 타입이었다. 최근, 디지털 웨브 공급식 고속 잉크젯 비접촉식 프린터가, 100% 가변 인쇄 컨텐츠 및 다색 인쇄를 비교적 저렴하게 소비자에게 제공한다는 점에서 널리 사용되고 있다.

이들 종래의 타입의 웨브 공급식 오프셋 프린터 혹은 그라이버 프린터용 종이 매체는, 종이 제조시에 달성될 수 있는, 기계 방향(MD) 대 기계 횡방향(CD)의 인장 강성(tensile stiffness)의 비가 높다. MD/CD 인장 강성의 비가 높다는 것은, 인쇄시에 프레스 내에서 웨브를 기계 방향으로 고속으로 이동시키는 롤러 둘레로 당기는 장력을, 인쇄 매체가 견딜 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 종래의 아날로그 프린터에 사용되는 전형적인 종이 매체는 고속 웨브 공급식 잉크젯(비접촉식) 인쇄 장치에서 어느 정도 수행이 허용될 수 있다.

첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 이하 설명되는 원리에 따른 실시예의 다양한 특성을 이해할 수 있을 것이며, 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 가리킨다.
도 1a 및 1b는 이하 설명되는 원리에 기초한 실시예에 따른 매체의 측면도이다.
도 2는 이하 설명되는 원리에 따른 실시예에서의, 매체 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
일부 실시예에서는 도면에 도시된 특성 대신에, 혹은 이에 더해서 다른 특성을 갖고 있다. 이하, 이들 특성 및 다른 특성을 상기 도면을 참조로 상세하게 설명한다.

종래의 아날로그 프린터에 전형적으로 사용되던 종이 매체가 고속 웨브 공급식 잉크젯(비접촉식) 인쇄 장치에서 어느 정도 수행이 허용될 수 있었지만, 이러한 종이 매체에서는 코클(cockle), 휘어짐, 주름짐, 접혀짐 및 미스-레지스트레이션(mis-registration) 중 하나 이상과 관련된 문제, 그리고 다른 유사한 문제가 발생할 수 있으며, 이는 생산성, 제품 품질 및 비용에 악영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 잉크젯 잉크의 착색 안료가 일반적인 물-기반의 액체 운반체를 이용해서 종이 매체에 도포되기 때문에, 잉크젯 인쇄는 오프셋 및 그라비어 인쇄에 비해서 훨씬 더 많은 습기를 갖고 있다. 따라서, 여기 설명된 원리에 따른 실시예는 디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄에서 더욱 유용한 매체에 관한 것이다. 여기 설명되는 원리에 따른 매체는 인쇄 및 피니싱시에 개선된 출력 내구성(runnability)을 보이고 있다. 이 매체는 경량의 코팅된 종이-기반 매체로, 이 매체는 종이 베이스, 및 이 종이 베이스의 한쪽 면 혹은 양면에 형성되어서 이 매체에 이미지를 용이하게 형성할 수 있게 하는 코팅을 포함한다. 종이 베이스는 기계 방향(MD)/기계 횡방향(MD/CD)의 인장 강성 인덱스(TSI) 비가 2.0 미만이고, 기계 방향(MD) 및 기계 횡방향(MD/CD) 각각에서의 인장 에너지 흡수(Tensile Energy Absorption) 인덱스가 500 J/Kg(근량(basis weight)당 TEA)을 초과한다. 나아가, 이 매체는 CD 잔류(residual) 인장 에너지 흡수 인덱스가 300 J/Kg을 초과한다.

MD/CD TSI비가 낮다는 것은 종이 베이스에 있어서, MD로 정렬된 섬유를 희생하는 대신 랜덤 섬유 배향이 더 많이 존재한다는 것을 의미한다. 랜덤 섬유 배향이 더 많다는 것은, 종이 베이스 섬유의 CD (불균일) 수분-팽창을 더 줄일 수 있는 CD 인장 강성이 더 높다는 것을 의미한다. 불균일 수분-팽창은 예컨대, 코클 및 미스-레지스트레이션 문제와 관련해서 나타난다. 코클이란, 예컨대 물-기반 잉크젯 잉크로부터의 물에 젖었을 때, 종이 섬유 폭 방향으로의 소규모 팽창을 가리킨다. MD/CD TSI 비를 낮추는 것은 주로, 종이 제조시에, 분사 속도와 와이어 형성 속도 사이의 차를 감소시키는 것으로 달성되었다. (MD와 CD 모두에서) TEA 인덱스를 높이는 것은, 종이 베이스에서의 섬유에 대한 양성 전분(cationic starch)의 비율을 증가시킴으로써 달성되었다. TEA 인덱스 값이 높다는 것은, 인쇄 및 피니싱시의 예컨대, 웨브브 파손, 코클링, 주름짐 및 접혀짐이 감소(경우에 따라서는 최소화)되어서 출력 내구성이 개선된, 더 강도가 높은 매체를 의미한다. 여기 설명되는 원리에 따른 매체는, 우수한 인쇄 품질, 인쇄 및 피니싱시의 개선된 출력 내구성(인라인 및 오프라인 중 하나 혹은 모두에서), 및 디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 생산시의 개선된 시트 단면 품질 중 하나 이상을 제공할 수 있다.

여기 설명되는 원리에 따른 매체의 종이 베이스는, 침엽수(softwood) 섬유와 활엽수(hardwood) 섬유의 혼합물을 포함한다. 이 혼합물에서의 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 비는 약 3 대 약 7 내지 약 7 대 약 1(즉, 3:7 내지 7:1)의 범위 내이다. 일부 실시예에서, 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 비는 최소 3:7에서 최대 7:1이다. 나아가, 종이 베이스는 내부 전분 및 무기 충진물(inorganic filler)을 포함한다. 내부 전분은, 1.0% 이상의 양성 전분 대 섬유의 비로 제공되는 양성 전분을 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 충진물은, 회분(ash content)이 종이 베이스 중량의 약 1.0% 내지 약 12.0%의 범위가 되기에 충분한 양으로 제공된다.

일부 실시예에서, 종이 베이스는 하나 이상의 용제 및 첨가제를 총량 섬유 중량의 약 0.0075% 내지 약 9.00%의 범위 내에서 더 포함한다. 예컨대, 종이 베이스는 내부 사이징과, 살충제, 방부제, 표백제 중 하나 이상과, 유지제(retention aid) 및 탈수 향상제 중 하나 이상과, OBA(optical brightening agent), 및 예컨대, 염료, 거품 제거제, 완충화제 및 피치 조정제 등의 비한정의 예를 포함하는 다른 기능성 첨가제 및 동작성 첨가제를 더 포함할 수 있다.

또한, 종이 베이스는, 잉크젯 잉크 이미지가 매체의 표면에 더욱 유지 및 정착될 수 있도록, 그 표면이 처리 혹은 코팅될 수 있다. 종이 베이스의 표면 처리제 혹은 코팅은 이미지 수용층으로, 이는 종이 베이스의 한쪽면 혹은 양쪽 대향면에 도포될 수 있다. 이미지 수용층은 물-기반 혹은 용제-기반 잉크젯 잉크에 부합될 수 있으며, 따라서 잉크 수용층 조성, 표면 처리제 혹은 코팅이라고도 불릴 수 있다. 잉크 수용 조성은, 비한정 예로서, 2가 금속염, 다가 금속염(예컨대, 칼슘, 마그네슘 혹은 알루미늄의) 및 이들 염의 조합, 및 표면 사이징 첨가제(예컨대, 전분, 충전제 및 중합 사이징제)를 포함한 잉크 정착제를 포함할 수 있다. 나아가, 잉크 수용 조성은 예컨대, 안료(예컨대, 클레이 및 실리카); 결합제(예컨대, 유액 및 폴리비닐알콜); 및 다른 첨가제 중 하나 이상을 다양한 조합으로 포함할 수 있다. 나아가, 매체에 이미지를 형성하는 잉크젯 잉크는 물-기반 화학 용제를 이용해서, 염료-기반 혹은 안료-기반으로 종이 매체에 반송 및 전달될 수 있다.

일부 실시예에서, 상술한 바와 같은, 디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄에 사용되는 매체(즉, 이미지 수용층으로 코팅된)의 MD/CD TSI 비는 1.9 이하이다. 이 매체는 또한 800 J/Kg 이상의 CD 인장 에너지 흡수 인덱스를 갖고 있다.

여기서 사용되는 용어 '한'은 특허 분야에서 일반적인 의미로 사용되는 것으로, 즉 '하나 이상'이다. 예컨대, '한 충진물'은 일반적으로 하나 이상의 충진물을 의미하며, 여기서 이러한 '그 충진물'는 '그 충진물(들)'을 의미한다. 여기서 사용되는 용어 '적어도'는 그 수가 개시된 수 이상이 될 수 있다는 것을 의미한다. 여기서 사용되는 용어 '약'은 개시된 수의 플러스 마이너스 10% 차이가 있을 수 있다는 것을 의미하며, 예컨대, '약 5'라는 것은 4.5에서 5.5까지의 범위를 의미한다. 예컨대 '약 2와 약 50 사이'와 같이, 여기서 2개의 숫자와 관련되어 사용되는 '사이'는, 개시된 수를 둘 다 포함한다. 여기서 제공되는 값의 임의의 범위는, 그 값및 제공되는 범위 내 혹은 제공되는 범위 사이를 포함한다. 여기서 사용되는 용어 '실질적으로'는 가장 많이, 혹은 거의 모두, 혹은 모두, 혹은 예컨대 약 50% 내지 100%의 범위 내의 양을 의미한다. 또한, 여기서의 임의의 기준 '정상부', '바닥부', '상부', '하부', '위', '아래', '뒤', '앞', '좌' 혹은 '우'는 한정의 의미가 아니다. 여기서 사용되는 명칭 '제 1' 및 '제 2'는, '제 1 측' 및 '제 2 측'과 같이 항목들 간을 구별하기 위해서 사용되는 것으로, 특별히 언급하지 않는 한, 아이템들간의 혹은 동작 순서에 있어서의, 임의의 시퀀스, 순서 혹은 중요도를 나타내는 의도는 아니다. 또한, 여기서 개시된 실시예는 단지 예시적인 것으로 설명을 위해 제공된 것이며, 한정하는 것이 아니다.

여기 설명되는 원리에 따라서, 디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄에 사용되는 매체는 경량으로, 코팅되어 있으며, 2.0 미만의 낮은 MD/CD TSI 비를 가진 다공성 매체로, CD 수분-팽창 및 코클을 감소시킨 것이다. 이 매체는 600 J/Kg 초과의 높은 TEA 인덱스를 갖고 있어서 웨브 프레스의 출력 내구성, 및 인라인, 니어-라인(near-line) 및 오프라인 피니싱 중 하나 이상을 포함한 피니셔 출력 내구성을 개선하고 있다. 이와 같이 디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄 및 피니싱시에, 매체는 우수한 시트 단면 품질을 나타내고 있으며, 예컨대 너덜거림(fraying), 섬유 페더링(fiber feathering) 혹은 다른 일반적인 거침이 감소된 매끈한 에지를 갖고 있으며, 접혀짐, 코클, 주름짐 혹은 웨브 파손 문제가 감소되는 경향을 보이고 있다. 매체의 MD/CD TSI 비를 낮추는 것은, 종이 웨브가 형성될 때, 종이 베이스에 있어서, 기계 방향(MD)으로 배향된 섬유를 희생하는 대신 랜덤 섬유 배향을 증가시키는 것으로 부분적으로 달성된다. 이하, 랜덤 섬유 배향을 증가시키는 것에 대해서 이러한 매체의 제조 방법과 관련해서 설명한다. 나아가, 수반되는 MD TSI의 손실(MD의 섬유 배향이 감소되는 것에 의한)은 섬유 퍼니시(fiber furnish)에서 양성 전분의 레벨을 증가시킴으로써 보상된다. 특히, 종이 베이스에서의 섬유에 대한 양성 전분의 비를 증가시킴으로써, 여기 설명되는 원리에 따른 매체의 TEA 인덱스 특성을 높이거나 이를 용이하게 한다.

나아가, 2.0 미만의 낮은 MD/CD TSI 비 및 600 J/Kg 초과의 높은 TEA 인덱스는, 예컨대 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 비가 약 3 대 약 7 내지 약 7 대 약 1의 범위인 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 혼합물을 포함하는 종이 베이스를 이용함으로써, 부분적으로 달성된다. 일부 실시예에서, 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 비는 3 대 6 내지 6 대 1, 혹은 3 대 5 내지 5 대 1, 혹은 3 대 4 내지 4 대 1, 3 대 3 내지 3 대 1 혹은, 예컨대, 약 3 대 약 4 내지 약 3 내지 약 1과 같이, 이들 범위 사이의 임의의 범위이다. 일부 실시예에서, 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 비는 3 대 3.5 내지 3 대 4의 범위 내이거나, 혹은 1 대 약 2가 될 수 있다. 다른 실시예에서, 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 비는 약 3 대 약 1 내지 약 2 대 약 1의 범위 혹은, 약 3 대 약 7 내지 약 1 대 약 1의 범위 내이다. 활엽수 펄프로부터의 섬유는 침엽수 섬유보다 섬유 구조가 더 짧고, 정제(refining)에 대한 강도가 낮다. 따라서, 섬유 혼합물 혹은 펄프에 더 많은 양의 침엽수를 추가하면, 인장 강성 및 TEA이 용이하게 개선된다. 일부 예에서, 섬유 혼합물은 최소 30%의 침엽수 섬유를 포함한다. 이와 같이, 여기서의 매체의 종이 베이스는 예컨대, 500 J/Kg 이상, 600 J/Kg 이상, 혹은 700 J/Kg 이상의 TEA 인덱스를 갖는다.

섬유 혼합물에 유용한 침엽수의 예로는 북아메리카산의 화이트 스프루스(White Spruce) 및 소나무와 같은 북쪽 침엽수 혹은 남쪽 침엽수를 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 섬유 혼합물에 유용한 활엽수의 예로는 북아메리카산의 자작 나무, 단풍 나무 및 사시 나무와 같은 남쪽 활엽수 및 북쪽 활엽수를 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 종이 베이스의 섬유 혼합물은, 비목재(non-wood) 섬유(예컨대, 대다무, 바가스(bagasse) 및 짚 중 하나 이상) 및 재활용 섬유(예컨대, 사용전(pre-consumer) 섬유 및 사용후(post-consumer) 섬유)를 더 포함할 수 있다. 이 섬유는 화학 펄프, 기계 펄프, 혹은 예컨대 열 기계 펄프, 화학 기계 펄프 및 CTMP(Chemi-Thermo-Mechanical), 혹은 이들의 임의의 조합을 포함한 이종 펄프의 형태로 포함될 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 섬유 혼합물에 사용되는 화학 펄프의 예는, 비한정의 예로서 하나 이상의 크래프트 펄프 및 아황산 펄프를 포함하며, 이들은 각각 표백될 수도 있고 표백되지 않을 수도 있다. 표백된 펄프는 표백되지 않은 펄프에서 전형적으로 나타날 수 있는 누르스름한 색조를 방지하는데 이용된다.

일부 실시예에서, 재활용 펄프, 기계 펄프, 이종 펄프 및 비목재 섬유 펄프는 서로 독립적으로, 예컨대 (전체 섬유 중량에 대한) 양이, 0%내지 약 30%의 범위로, 혹은 약 5% 내지 약 30%의 범위로, 혹은 약 10% 내지 약 25%의 범위로, 혹은 약 15% 내지 약 20%의 범위로, 섬유 혼합물에 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 섬유 혼합물의 약 15%까지가 재활용 펄프이다. 일부 실시예에서, 섬유 혼합물의 약 10%까지가 기계 펄프 혹은 이종 펄프이다. 일부 실시예에서, 섬유 혼합물은 침엽수 화학 펄프를 약 25% 내지 약 35%의 범위로, 활엽수 화학 펄프를 약 20% 내지 약 30%의 범위로, 그리고 기계 펄프, 이종 펄프 및 재활용 펄프를 총량 약 40% 내지 약 50% 범위로 포함하고, 섬유 혼합물은 침엽수의 전체량이 적어도 30%이다. 예컨대, 섬유 혼합물은 침엽수 화학 펄프를 약 30%, 활엽수 화학 펄프를 약 25%, 이종 펄프를 약 18% 및 재활용 펄프를 약 25% 포함하고, 섬유 혼합물은 활엽수의 전체량이 30%를 초과한다.

종이 베이스는 내부 전분 및 무기 충진물을 더 포함한다. 이들 내부 용제는, 종이 웨브(즉, 종이 베이스)가 되기 전에 섬유 혼합물 혹은 펄프 스톡(pulp stock)에 추가된다. 내부 전분은 건조 강도를 개선하고, 양성 전분은 또한 예컨대, 유지제로서 작용할 수 있다. 내부 전분은 양성 전분을 포함하고, 음이온 전분, 가교 결합된 액체 혹은 드라이 프리 겔(dry pre gel) 전분, 비이온성 전분 및 양쪽성 전분 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 내부 전분은 예컨대, 옥수수 기반이나 감자 기반이 될 수 있다. 내부 전분은 양성 전분 대 섬유의 비가 1.0%를 초과하는 양으로 제공된다. 일부 실시예에서, 양성 전분 대 섬유의 비는 약 1.10% 이상이다. 일부 실시예에서 양성 전분 대 섬유의 비는 1.0% 내지 5.0%의 범위에 있으며, 혹은 일부 실시예에서 최소 1.10% 및 최대 5.0%이다. 일부 실시예에서, 전체 내부 전분(양성 전분 및 다른 타입의 전분)은, 섬유 중량의 1.0% 내지 11.0%의 범위의 양으로 제공된다. 일부 실시예에서, 전체 내부 전분의 양은 섬유 중량의 약 1.10% 내지 11.0%의 범위이거나, 혹은 섬유 중량의 약 1.5% 내지 11.0%의 범위이거나, 혹은 섬유 중량의 약 1.5% 내지 10.0%의 범위이거나, 혹은 섬유 중량의 약 2.0% 내지 11.0%의 범위이거나, 혹은 섬유 중량의 약 3.0% 내지 11.0%의 범위이다. 전분의 예로는 GPC, Muscatine, IA, USA의 CHARGEMASTER ®L335 양성 전분; Penford Products Company, Cedar Rapids, IA, USA의 Apollo® 양성 옥수수 전분, Astro X® 양성 감자 전분, Pencat® 양성 옥수수 전분, 및 Topcat® 양성 첨가제; 및 TATE 및 LYLE, Decatur, IL, USA(기존의 A E Staley)의 STA-LOK® 120, 140, 160, 180 양성 찰 전분, STA-LOK® 156, 182 양쪽성 찰 옥수수 전분 및 STA-LOK® 300, 310, 330 양성 마지종 옥수수 전분을 들 수 있으며, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

무기 충진물은, 예컨대 종이 베이스의 몇 가지 물리적인 특성을 실질적으로 제어한다. 충진물의 입자는 섬유망의 공극을 매우며, 종이 베이스를 충진물이 없는 것에 비해서 실질적으로 더 조밀하고, 더 부드럽고, 더 밝게 한다. 그러나, 예컨대 강도를 위해서는 충진물은 더 적은 것이 좋다. 종이 베이스의 섬유 혼합물에 포함될 수 있는 충진물의 예로는, GCC(ground calcium carbonate), PCC(precipitated calcium carbonate), 이산화 티타늄, 클레이 및 활석, 그리고 이들의 임의의 조합을 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 종이 베이스는, 충진물의 건조 중량으로(회분 %로 측정) 종이 베이스 중량의 약 1.0% 내지 약 12%의 범위 내의 양을 포함한다. 일부 실시예에서, 종이 베이스의 충진물의 양(회분 %)은, 종이 베이스 중량의 약 1.0% 내지 약 10.0%, 혹은 약 3.0% 내지 약 10.0%, 혹은 약 5.0% 내지 약 10.0%, 혹은 약 7.0% 내지 약 10.0%이다. 일부 실시예에서, 충진물은 약 12% 회분 미만을 달성하기에 충분한 양으로 제공된다. 충진물의 예로는 Bethlehem, PA, USA에 위치한 Specialty Minerals, Inc.의 Magfil® PCC 혹은 Omya North America의 Omyafil® GCC를 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

일부 실시예에서, 종이 베이스는 기능적인 이점 및 동작적인 이점을 제공하는 용제 및 첨가제를 더 포함한다. 이들 용제 및 첨가제는 종이 웨브로 되기 전에 섬유 혼합물 혹은 펄프 스톡에 추가될 수 있다. 예컨대, 종이 베이스의 섬유 혼합물에 내부 사이징이 섬유 중량의 0.01% 이상의 양으로 제공되어서 방수 특성을 개선할 수 있다. 예컨대, 내부 사이징이 더 많이 제공되면 종이 베이스에서 잉크-물과 섬유와의 상호 작용을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 사이징은 섬유 중량의 약 0.015% 내지 약 1.00%의 범위의 양으로 포함될 수 있다. 내부 사이징제의 예로는, 지방산, AKD(alkyl ketene dimer) 유화 제품, 알케닐 산 무수산화물 유화 제품, ASA(alkylsuccinic acid anhydride) 유화 제품 및 송진 파생물 중 하나 이상을 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 시판 중인 ASA 및 AKD의 예로는 Nalco Company, IL, USA의 Nalco 7542 ASA, BASF의 AKD 2030 및 Hercules Inc. USA의 Hercon 195 AKD를 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

일부 실시예에서, 종이 베이스는 또한 살충제, 표백제 및 방부제(여기서 총칭해서 '표백제/방부제'라고 함) 중 하나 이상을 섬유 중량으로 약 0.01% 내지 약 5.00% 포함할 수 있다. 시판중인 살충제의 몇가지 예로는 Buckman Laboratories, Memphis, TN, USA의 Busan® 1124, 1130, 1210, 1223 및 Ashland Inc., Covington, KY, USA의 Spectrum™ XD 3899 micro-biocide을 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 살충제/방부제의 양은 섬유 중량의 약 1%이다. 일부 실시예에서 종이 베이스는 유지제 및 탈수제(이하 총칭해서 '유지/탈수제'라고 함) 중 하나 혹은 모두를 섬유 중량의 약 0.05% 내지 약 2.00% 더 포함할 수 있다. 유지/탈수제의 예로는 폴리아크릴아미드, 폴리염화알루미늄, 실리카형 극미립자, 응집제 및 분산제 중 하나 이상을 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 유지/탈수제는 섬유 중량의 약 0.10% 내지 약 0.30%로 종이 베이스에 포함된다. 일부 실시예에서, 종이 베이스는 색을 제어하기 위해서 OBA(optical brightening agent)를 섬유 중량의 약 0.0075% 내지 약 0.25%의 범위의 양으로 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, OBA는 섬유 중량의 약 0.04% 내지 약 0.06%가 종이 베이스에 포함된다. 비한정예로서 염료, 거품 제거제, 완충화제 및 피치 조정제를 포함한 다른 용제 및 첨가제가 일부 예에서 종이 베이스의 섬유 혼합물에 포함될 수 있다. 이들 다른 용제 및 첨가제는 총량, 섬유 중량의 약 0.0075% 내지 약 9.0%, 혹은 약 0.08% 내지 약 8.5%, 혹은 약 0.10% 내지 약 6.0%, 혹은 0.50% 내지 약 5.0%의 범위 내로 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 종이 베이스에서의 이들 용제 및 첨가제의 총량은 섬유 중량의 약 1.0% 내지 약 2.0%의 범위 내이다.

일부 실시예에서, 종이 베이스는, 종이 제조시에 제지기 내에서 종이 웨브 표면에 하나 이상의 층 혹은 코팅(예컨대, 표면 사이징)을 수용할 수 있다. 이들 층 혹은 코팅은, 종이 웨브의 예컨대, 매끈함, 백색도, 광택, 투과도 및 투명도 중 하나 이상을 얻을 수 있게 하는 것이다. 이들 코팅은 상기 설명한 이미지 수용층과는 별도로 이와 구별되는 중간 코팅이다. 이와 같이, 상술한 실시예에 따라서, 이미지 수용 표면 처리 혹은 코팅층이 도포되기 전에 종이 베이스는 코팅되지 않을 수도 있고(예컨대, 표면 사이징이 없음), 혹은 중간 코팅으로 코팅될 수도 있다.

일부 실시에에서, 매체의 종이 베이스는 약 30그램/제곱미터(gsm) 내지 약 74gsm의 범위의 근량을 갖고 있다. 일부 실시예에서, 종이 베이스의 근량은 35gsm 내지 약 74gsm, 혹은 40gsm 내지 약 74gsm, 혹은 45gsm 내지 약 74gsm, 혹은 50gsm 내지 약 74gsm, 혹은 60gsm 내지 약 74gsm의 범위이다. 일부 실시예에서, 매체의 종이 베이스의 근량은 50gsm 내지 약 60gsm이다.

여기 설명되는 원리에 따라서, 매체는, 그 종이 베이스의 한쪽면 혹은 양쪽면에, 이미지 수용층(즉, 표면 처리 혹은 코팅)을 포함한다. 도 1a는 종이 베이스(110)의 한쪽면에 이미지 수용층(120)이 있는 매체(100)의 예를 나타내고 있고, 도 1b는 종이 베이스(110)의 양면에 이미지 수용층(120)이 있는 매체(100)의 예를 나타내고 있으며, 각각의 여기 설명되는 원리에 따른 것이다. 이미지 수용층(120)은 패턴(혹은 이미지) 내에 도포된 잉크젯 잉크 이미징 재료를 층에 수용 및 유지시킬 수 있는 이미지 수용 조성을 포함한다. 이미지 수용층(120)은 종이 베이스(110)의 최외층이다. 잉크젯 잉크는 물-기반이나 용제 기반이고, 각각의 잉크젯 잉크에 따라서 착색 안료 혹은 염료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 수용층(120)은 도포되는 잉크의 블리드(bleed) 및 건조 시간을 비교적 향상시킬 수 있다. 여기 설명되는 원리에 따라서, 매체(100)의 종이 베이스(110) 상에서, 이미지 수용층(120)에 이용될 수 있는 이미지 수용 조성은 다양하게 존재한다.

일부 실시예에서, 이미지 수용 조성은 잉크 정착제를 포함하며, 이는 2가 혹은 다가 금속염(염화물, 브롬화물, 질산염이나 칼슘의 초산염, 마그네슘이나 알루미늄, 혹은 이들의 임의의 조합); 무기 안료 충진물(예컨대, 클레이, 탄산염, 실리카 겔 및 규산염 나노입자)과 유기 안료 충진물(예컨대, 폴리스티렌 및 폴리아크릴레이트) 중 하나 혹은 모두; 물-기반 결합제 및 수화 가능(water dispersible) 결합제(예컨대, 유액, 폴리비닐 알콜(PVA), 전분, 스틸렌-부타디엔 혹은 아크릴레이트) 중 하나 혹은 모두; 및 하나 이상의 다양한 첨가제를 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 비한정의 예로서, 표면 사이징 용제, 습윤제, 거품 제거제, 거품 방지제 및 분산제 중 하나 이상을 들 수 있는 다른 첨가제가 또한 이미지 수용층에 포함될 수 있다.

일부 실시예에서, 종이 베이스의 이미지 수용 코팅의 근량은 약 1gsm 내지 약 15gsm의 범위 내이다. 코팅 근량이란 종이 베이스의 한쪽면 혹은 양쪽면의 코팅 근량 전체이다. 일부 실시예에서 종이 베이스의 전체 코팅 근량은, 약 2gsm 내지 약 15gsm, 혹은 약 4gsm 내지 약 15gsm, 혹은 약 6gsm 내지 약 15gsm, 혹은 약 8gsm 내지 약 15gsm, 혹은 약 10gsm 내지 약 15gsm의 범위 내이고, 예컨대, 전체 코팅 근량은 약 13gsm이다.

이와 같이 여기 설명된 원리에 따른 매체는 경량으로, 예컨대 근량이 약 31gsm 내지 약 75gsm의 범위 내이다. 일부 실시예에서, 매체의 근량은 약 35gsm 내지 약 75gsm, 혹은 약 40gsm 내지 약 75gsm, 혹은 약 45gsm 내지 약 75gsm, 혹은 약 55gsm 내지 약 75gsm, 혹은 약 60gsm 내지 약 70gsm의 범위 내이다. 일부 실시에에서, 매체의 근량은 75gsm 미만으로 예컨대, 약 70gsm, 혹은 약 65gsm이다.

또한, 디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄에 사용되는 매체를 제조하는 방법이 제공된다. 도 2는 여기 설명되는 원리의 실시예에 따라 이러한 매체를 제조하는 방법(200)을 나타내는 흐름도이다. 제조 방법(200)은 정제된 셀룰로오스 섬유와 비섬유의 기능성 및 동작성 첨가제 및 용제의 섬유 혼합물을 포함하는 펄프 스톡을 형성하는 단계(210)를 포함한다. 예컨대, 셀룰로오스 섬유 혼합물은 침엽수 섬유 및 활엽수 섬유를, 침엽수:활엽수 비가 약 3:7 내지 약 7:1의 범위 내가 되도록 포함한다. 일부 실시예에서, 비목재 섬유가 포함될 수도 있다. 침엽수, 활엽수 및 비목재 섬유는 예컨대, 재활용 펄프, 화학 펄프, 기계 펄프 및 이종 펄프 중 하나 이상으로서 제공된다. 일부 실시예에서, 섬유 혼합물은 약 50% 내지 약 60%의 화학 펄프를 포함한다. 일부 실시예에서 약 15% 내지 약 30%의 재활용 펄프가 섬유 혼합물에 포함될 수도 있다. 다른 실시예에서, 재활용 펄프에 더해서, 혹은 그 대신에 약 10% 내지 약 20%의 기계 펄프 및 이종 펄프 중 하나 혹은 모두가 섬유 혼합물에 포함될 수 있다. 상기 실시예에서, 섬유 혼합물의 펄프의 적어도 30%는 침엽수이다. 섬유 혼합물은 여기 설명된 원리에 따른 매체의 종이 베이스와 관련되어 설명된 것과 실질적으로 동일하다.

일부 실시예에서, 압력솥에서 목재 칩을 물과 화학 약품의 혼합물과 가압해서 찌는 것으로 펄프를 형성할 수 있다. 비목재 섬유를 포함하는 섬유 혼합물에서는, 비목재 칩이 별도의 압력솥에서 각각의 화학 약품과 쪄져서 목재 펄프 혼합물에 추가된다. 다른 실시예에서, 시판중인 버진 침엽수 및 활엽수 섬유가 사용될 수 있다. 펄프는 세척되고, 세정되며, 일부 실시예에서는, 화학적 정제 및 기계적 정제 중 하나 혹은 모두를 이용해서 비터(beater) 혹은 정제기(refiner)에서 표백되고 정제된다. 비섬유의 기능성 및 동작성 첨가제 및 용제가 추가되어서 펄프와 혼합됨으로써 펄프 스톡(즉, 섬유 퍼니시)을 형성한다. 이러한 첨가제 및 용제는 내부 전분 및 무기 충진물, 그리고 매체의 종이 베이스를 예로서 상술한 다른 첨가제 및 용제(예컨대, 내부 사이징, OBA 등)를 포함한다.

일부 실시예에서, 침엽수와 활엽수의 섬유비, 및 충진물과 내부 전분의 양은, 상기 매체의 종이 베이스의 예를 들어서 설명한 양과 실질적으로 같다. 일부 실시예에서, 다른 용제 및 첨가제의 양도, 상기 매체의 종이 베이스의 예를 들어서 설명한 양과 실질적으로 같다.

매체를 제조하는 방법(200)은, 약 0.95와 약 1.05 사이의 분사 대 와이어(jet-to-wire) 속도비로 제지기의 이동 그물문(wire screen)에 펄프 스톡을 분사하여 초기 종이 웨브를 제조하는 단계를 포함한다. 분사 대 와이어 속도비는 사용되는 제지기에 따라서 다르며, 구체적으로는 예컨대, 헤드박스, 슬라이스 혹은 형성판(forming board) 등과 같은 사용되는 제지기의 부품 혹은 구성에 따라 다르다. 펄프가 그물문을 빠져나옴으로써, 산업계에서는 '백수(white water)'라고도 불리는 물이 빠지고, 이는 시스템에서 재순환 즉 재사용된다. 상술한 바와 같이, 매체의 MD/CD TSI 비를 낮추는 것은, 섬유 혼합물의 종이 웨브를 형성할 때, 종이 베이스에 있어서, 기계 방향(MD)을 향하는 섬유를 희생하는 대신 랜덤 섬유 배향을 증가시키는 것으로 부분적으로 달성된다.

일부 실시예에서, 분사 대 와이어 속도비는 섬유 배향, 및 종이 웨브 즉, 시트의 형성에 영향을 미친다. 그물문의 속도에 대한, 펄프 스톡이 제지기의 헤드박스 혹은 슬라이스로부터 분사되는 속도가 '러시(rush)'인지 '드레그(drag)'인지를 결정한다. 예컨대, 분사 속도가 그물 속도보다 낮다면 '드래그'가 될 것이고, 분사 속도가 그물 속도보다 높다면 '러시'가 될 것이다. 분사 속도와 그물 속도 사이의 차이가 크면 종이 웨브의 섬유의 상당한 양이 기계 방향(MD)으로 정렬될 것이다. 그러나, 분사 속도와 그물 속도 사이의 차이가 작아지면, 종이 베이스에 있어서 MD의 섬유 배향은 감소되고, 랜덤 섬유 배향이 증가할 것이다. 사용되는 제지기에 따라서, 약 0.95와 약 1.05 사이의 분사 대 와이어 속도비는 랜덤 섬유 배향을 증가시킨다(즉, 종이 웨브에서 기계 방향으로 배향 즉 정렬된 섬유는 감소). 예컨대, 분사 대 와이어 속도비가 약 1이라면 기계 구성에 따라서는 MD/CD TSI 비가 낮아질 것이다.

섬유는 축 방향과 방사 방향의 물리적인 특성이 다르기 때문에, 섬유 배향 즉 정렬의 정도는 종이 속성에 영향을 미친다. MD의 섬유 배향 즉 정렬이 적으면 MD 강도를 희생하면서 기계 횡방향(CD) 강도를 용이하게 강화시킨다. 이와 같이 CD 강도가 높으면 MD/CD TSI 비를 더 낮추고, 최종 종이 시트는 예컨대, 잉크젯 웨브 인쇄기를 이용한 고속 인쇄시에 치수 안정성이 증가되어서 미스-레지스트레이션이 감소된다. 나아가, 종이 웨브의 치수 안정성이 증가될 수도록, 종이의 휘어짐, 코클, 주름짐 및 접혀짐이 감소되는 경향이 있다. 이론적으로, 약 1.0의 분사 대 와이어 속도비에서, MD 인장 강성은 최소이고, CD 인장 강성은 최대이다(최소의 섬유 배향). 이와 같이, 종이 웨브의 MD/CD TSI비는 예컨대, 약 1.0의 분사 대 와이어 속도비에서 달성 가능한 가장 낮은 값이 되는 것으로 생각될 수 있고, 실제 비는 제지기 및 그 구성에 따라서 달라진다.

매체 제조 방법(200)은 표면 사이징을 위한 종이 웨브를 마련하는 방식으로, 초기 종이 웨브로부터 물을 제거하는 단계(230)를 더 포함한다. 예컨대, 초기 종이 웨브를 제지기의 대형 롤러 사이에서 압착해서 잔류 물을 대부분 제거함으로써, 반건조 웨브를 형성한다. 이후, 대형 롤러를 통해서 종이 웨브를 매끄럽게 하고 종이 웨브의 두께를 균일하게 한다. 표면 사이징 혹은 코팅을 위한 종이 웨브를 마련하기 위해서, 반건조 웨브를 가열 드라이어 롤러를 거쳐서 추가로 남은 물을 제거한다. 종이 웨브의 고체 비율(%)은 헤드박스에서 약 0.5%이고, 표면 사이징, 그리고 이미지 수용층 코팅과 같은 최외층 코팅층을 도포하기 전에 약 95%가 된다.

매체 제조 방법(200)은 종이 웨브의 한쪽면 혹은 양쪽면을 코팅하는 단계(240)를 더 포함한다. 예컨대, 종이 웨브를 코팅하는 단계(240)는 물-기반 혹은 용제-기반 잉크젯 잉크로 인쇄되는 이미지에 부합하는, 이미지 수용 조성을 도포하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 종이 웨브를 코팅하는 단계(240)는 종이 웨브에 이미지 수용 조성을 도포하기 전에 다른 중간 코팅층(예컨대, 표면 사이징, 코팅)을 더 포함할 수도 있다.

이미지 수용 조성은, 사이즈 프레스(size press) 코팅, 계량(metered) 사이즈 프레스 코팅, 퍼들(puddle) 사이즈 프레스 코팅, 슬롯 다이 코팅, 커텐 코팅, 블레이드 코팅, 메이어 로드(Meyer rod) 코팅, 스프레이 코팅, 딥(dip) 코팅, 캐스케이드 코팅, 롤 코팅, 그라비어 코팅, 에어 나이프 코팅, 캐스트 코팅 및 캘린더 스택을 포함한 기술 중 하나 이상을 이용해서 종이에 도포될 수 있으며, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 이미지 수용 조성은, 예컨대 제조시의 표면 사이징 단계 및 코팅 단계 중 하나 혹은 모두에서, 제지기와 함께 인라인 사이즈 프레스 혹은 코팅 스테이션을 이용해서 도포된다. 일부 실시예에서, 이미지 수용 코팅은 표면 사이징의 중간 코팅을 대체할 수 있다.

매체 제조 방법(200)은 코팅된 종이 웨브를 인라인 혹은 오프라인 캘린더링해서 매체를 형성하는 단계(250)를 더 포함한다. 이미지 수용층이 건조된 이후에 캘린더링 처리를 행함으로써 예컨대, 표면 평탄화 및 광택을 향상시킨다. 캘린더링 처리는 하드닙(hard nip) 캘린더, 수퍼 캘린더 혹은 핫 소프트 닙(hot soft nip) 캘린더를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 평활화 및 광택 목적값은 제지기에서 온라인 하드 닙(hardnip) 혹은 핫 소프트 캘린더를 이용함으로써 달성될 수 있다. 매체가 대형 롤러에 감겨서, 디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄에 이용하기에 적합한 롤 크기로 잘려져서 다시 감겨질 수 있으며, 이는 출하시의 보호를 위해서 다시 포장될 수도 있다. 여기 설명된 방법(200)에 따라서 제조된 매체는 MD/CD TSI비가 2.0 미만이고, CD 잔류 TEA 인덱스는 300 J/Kg을 초과해서, 인라인 혹은 오프라인의 디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄 및 피니싱을 용이하게 한다. 매체 롤은, 예컨대, 책, 잡지, 신문 및 브로셔와 같은 인쇄물을 만드는데 이용될 수 있으며, 높은 인쇄 및 마감 품질을 갖고 있고, 생산비가 저렴하다.

일부 실시예에서, 여기 설명된 원리에 따른 매체의 종이 베이스는 약 600 J/Kg 초과 혹은 약 700 J/Kg 이상의 TEA 인덱스를 갖고 있다. 일부 실시예에서, 종이 베이스는 약 500 J/Kg 초과, 혹은 약 800 J/Kg 초과, 혹은 약 1000 J/Kg 초과, 혹은 약 1200 J/Kg의 CD TEA 인덱스를 갖고 있다. 일부 실시예에서, 종이 베이스는, 혹은 약 400 J/Kg 초과, 혹은 약 500 J/Kg 초과, 혹은 약 600 J/Kg의 잔류 TEA 인덱스를 갖고 있다. 일부 실시예에서, 종이 베이스는, 혹은 약 700 J/Kg 초과, 혹은 약 850 J/Kg 초과, 혹은 약 1000 J/Kg의 CD 잔류 TEA 인덱스를 갖고 있다. 나아가, 이들 실시예에서, 여기 설명된 원리에 따른 매체는, 약 700 J/Kg 초과, 혹은 약 800 J/Kg 초과, 혹은 약 900 J/Kg 초과, 혹은 약 1000 J/Kg의 CD TEA 인덱스를 갖고 있다. 일부 실시예에서, 이 매체는 약 600 J/Kg 초과의 MD TEA 인덱스를 갖고 있다. 일부 실시예에서, 이 매체는 약 60 J/Kg 초과, 혹은 약 70 J/Kg 초과의 MD 잔류 TEA 인덱스를 갖고 있다. 일부 실시예에서, 이 매체는 약 300 J/Kg 초과 및 약 500 J/Kg 미만의 CD 잔류 TEA 인덱스를 갖고 있다.

일부 실시예에서, 여기 설명된 원리에 따른 매체의 종이 베이스는 약 500 J/Kg 내지 약 1200 J/Kg의 범위 내의 TEA 인덱스를 갖고 있다. 일부 실시예에서, 이 종이 베이스는 약 400 J/Kg 내지 약 1000 J/Kg의 범위의 잔류 TEA 인덱스를 갖고 있다. 나아가 이들 실시예에서, 여기 설명된 원리에 따른 매체는 약 700 J/Kg 내지 약 1000 J/Kg의 범위의 CD TEA 인덱스를 갖고 있다. 일부 실시예에서, 이 매체는 약 60 J/Kg 내지 약 80 J/Kg의 범위의 MD 잔류 TEA 인덱스를 갖고 있다. 일부 실시예에서, 이 매체는 약 300 J/Kg 내지 약 485 J/Kg의 범위의 CD 잔류 TEA 인덱스를 갖고 있다.

실시예

별도로 언급하지 않는 한, 모든 측정값은 사용되는 장비의 측정 허용 범위 내에 있다.

종이 베이스 매체 샘플 : 종이 매체는, 약 31 비율의 침엽수 표백된 크라프트 펄프, 25 비율의 활엽수 표백된 크라프트 펄프, 17 비율의 활엽수 BCTMP(bleached chemi-thermomechanical pulp), 그리고 27 비율의 재활용 섬유 및 머신 브록(machine broke)을 포함하는 섬유 혼합물 100 비율을, 물과 함께 이용해서 제조했다. 침엽수 크라프트 펄프와 활엽수 크라프트 펄프를 모두 이중 정제기(double disc refiner)를 이용해서 정제해서 목표 인장 강성 및 목표 인장 에너지 흡수율을 달성했으며, 상술한 비로 다른 섬유와 혼합했다. 내부 양성 전분 Sta-Lok® GCC 무기 충진물을 섬유 중량의 선량률 1.15%로 섬유 퍼니시(fiber furnish)에 추가해서 종이의 강도를 더 증가시켰다. 추가로 Omya-fil® GCC 무기 충진물을 섬유 퍼니시에 추가해서 약 11% 목표 회분(인라인 측정)을 달성함으로써, 투명도, 명도 및 백색도를 강화했다. 내부 사이징 용제 ASA를 양성 전분을 이용해서 1 내지 5의 비율로 유화하고, 섬유 중량의 0.64%의 총 선량율로 섬유 퍼니시에 추가했다. 또한 색조정, 유지/탈수제로서 OBA 및 염료와 같은 다른 첨가제를, 그리고 운영 효율을 위해서 살충제를 최종 스톡에 추가했다.

종이 베이스 매체는 시판중인 포드리니아 제지기(Fourdrinier Paper Machine)를 이용해서 제조했다. 매우 낮은 농도(0.5%)의 펄프 스톡을 1.01의 분사 대 와이어 속도비로 해드박스로부터 분사하고, 여과, 가압 및 건조를 통해서 물을 제거해서 종이 베이스의 웨브를 형성했다. 초기 웨브를 탈수하고 대형 롤러를 거쳐서 추가로 물을 제거함으로써, 반건조 종이 웨브의 평활화 및 균일한 두께를 확보했다. 반건조 종이 웨브를 제지기의 스팀 가열 건조기를 통과시켜서 나머지 물을 제거해서, 종이 웨브(즉, 종이 베이스 매체)의 최종 수분 목표인 4.7%를 달성했다. 종이 웨브로부터 '베이스 단독(Base Only)' 종이 매체 샘플을 제조했다. 또한 이하 후술하는 바와 같이 종이 웨브로부터 '코팅된' 종이 매체를 제조했다.

이미지 수용층 조성 : 하기의 재료 및 양을 포함하는 이미지 수용 조성을 마련했다.

이미지 수용 조성은 다음과 같은 특성을 갖고 있다.

오프라인 미터링 사이즈 프레스(metering size press)를 이용해서 이미지 수용 조성을 종이 매체에 도포했다. 종이 매체의 양면을 이미지 수용 조성으로 동시에 코팅했다. 코팅은 700 미터/분으로 도포했으며, 평활 로드(smooth rod)를 이용해서 목표 코팅 중량 7 gsm/면으로 미터 오프(metered off)했다. 전자 IR-드라이어, 가스 IR-드라이어 및 열풍 드라이어를 이용해서 코팅을 건조했다. 최종 습도 목표는 5.0%이었다. 온라인, 2닙(nip) 소프트-닙 캘린더를 이용해서 코팅된 종이를 캘린더링했다. 하드롤의 표면 온도는 60℃로 맞추고, 닙의 부하는 300 kN/m(미터당 킬로뉴턴)으로 맞춰서 최종 코팅된 매체의 목표 두께를 획득했다.

제어 샘플 : 이 예에서는, 오프셋 인쇄에 전형적으로 이용되는, 2.0 이상의 높은 MD/CD TSI비를 가진 인쇄 종이의 '베이스 단독' 제어 샘플 및 '코팅된' 제어 샘플을 이용했다. '코팅된' 제어 샘플에 이용되는 코팅은 상술한 것과 동일한 이미지 수용 조성이었고, 상술한 바와 같은 방식으로 도포했다.

종이 매체 샘플의 물리적인 특성을 측정하고 제어 샘플과 비교했다. 표 1 및 2는 상술한 종이 매체 샘플('새 매체') 및 제어 샘플('제어 매체')에 대한 물리적인 특성 데이터를 요약한 것이다. 기준 '(베이스 단독)'은 각각의 코팅되지 않은 매체(즉, 종이 베이스)를 의미하고, '(코팅된)'은 각각의 코팅된 매체를 의미한다. 상세하게, 제어 샘플과 새 매체 샘플 사이에서, 표 1의 근량, 두께, 양, 투명도, 광택, TAPPI 명도, CIE Ganz 백색도를 비교할 수 있었다. 동일한 이미지 수용 코팅을 이용하기 때문에, '코팅된' 샘플의 PPS(Parker Print Surf) 투과도 및 새 매체와 제어 매체에 대해서 동일한 캘린더링 압력도 비교할 수 있었다.

표 2에서 '베이스 단독' 샘플을 참조하면, 종이 제조시에, 새 매체는 제어 매체에 비해서 더 높은 수분 함량 및 더 낮은 회분 함량을 목표로 하고 있으며, 표 2는 둘 다 달성되었다는 것을 나타내고 있다. 그러나, '베이스 단독' 샘플의 경우에는, 새 매체와 제어 매체의, 해거티(Hagerty) 평활도와 PPS 투과도(모두 표 1), 및 Cobb 10 및 HST(Hercules Size Test)(모두 표 2)이 차이가 있었다. 상세하게, 새 매체(베이스 단독) 샘플은 제어 매체(베이스 단독)에 비해서, 해거티 평활도는 더 양호했고, PPS 투과도는 낮았으며, 사이징은 약간 더 양호했으며(즉 HST는 높고, Cobb 수치는 낮음), 이는 새 매체 샘플이 제어 매체 샘플에 비해서 양성 전분 대 섬유의 비가 높기 때문에, 미세도 및 화학적인 유지도가 증가되었기 때문이라고 생각된다. 나아가, 양성 전분 대 섬유의 비가 높기 때문에, 이하 표 3을 참조로 설명되는 바와 같이 측정된 인장 강성 및 강도가 증가되었다고 생각된다.

표 3은, 표 1의 새 매체 샘플과 제어 매체 샘플의 강도 특성을 요약한 것이다(모두, 각각 코팅되지 않은 '베이스 단독' 샘플 및 각각 '코팅된' 샘플). 표 4는 표 1, 2 및 3의 데이터 중 몇 가지를 산출하는데 이용된 테스트 방법을 나열하고 있다. 상세하게, 표 1에 제시된 mL/min(분당 밀리리터) 단위의 PPS 투과도는 에어 리크(air leak) 방법 및 TAPPI 방법 T-555에 따른 PPS 조도(roughness)/투과도 테스터를 이용해서 각각의 샘플에 대해서 측정된 것이다. TSI(Tensile Stiffness Index)(즉, MD/CD비)는 로렌첸 & 베트르(Lorentzen & Wettre) TSO 장비(통상적으로 L&W TSO 테스터라고 함)를 이용해서 측정했다. 이는 초음파 방법을 이용해서 이 특성을 더 정확하게 측정했다. TEA(Tensile Energy Absorption)는 TAPPI 방법 T-494에 따라서, 인스트론(Instron) 테스터로, 2.54센티(cm) 폭, 100 mm 계측 길이를 이용해서 각각의 샘플의 기계 방향(MD) 및 기계 횡방향(CD)에 대해서 측정했다. 측정된 TEA로부터, J/Kg 단위의 TEA 인덱스(근량당 TEA)를 다양한 샘플의 MD 및 CD에 대해서 계산했다. 또한, MD 및 CD에서의 샘플의 잔류 TEA 인덱스(J/Kg)도 측정했다. 샘플의 잔류 TEA는 인스트론 강성 테스터를 이용해서 측정했다. 종이 샘플을 고온 상태 유지 및 접기한 이후에 TEA의 손실을 산출하고, 피니싱시에 인쇄 및 접기를 행한 이후에 고온 건조를 반복했다. 2.54cm 폭의 종이는 오븐에서 150℃에서 7분간 유지되었으며, 보우(bow)로 1.81 Kg 중량을 앞뒤로 가하면서 접었다.

표 3은 새 매체(베이스 단독) 샘플 및 새 매체(코팅됨) 샘플 모두에 대한 인장 강성 인덱스(MD/CD비)가 2.0 미만인 반면, 상대적인 제어 매체 모두에 대해서는 MD/CD TSI비가 모두 2.2 초과라는 것을 나타내고 있다. 나아가, 새 매체(코팅됨) 샘플에 대해서는 MD/CD TSI가 1.9 미만이다. 여기 설명된 원리에 따른 새 매체의 인장 강성 인덱스가 낮은 값이라는 것은, 종이 베이스에서 랜덤 섬유 배향을 더 달성했다는 것을 의미한다. MD/CD비가 낮기 때문에 섬유의 CD 수분-팽창이 더 적으며, 이로써 잉크젯 잉크를 이용한 고속 웨브 프레스 인쇄시에 코클 및 미스-레지스트레이션을 더 감소시킬 수 있고, 및/또는 정렬 문제를 더 감소시킬 수 있다.

다시 표 3을 참조하면, 새 매체(베이스 단독) 및 새 매체(코팅됨) 모두의 TEA 인덱스는 MD 및 CD 모두에서 650 J/Kg을 초과하였다. 또한, 새 매체(베이스 단독)의 MD 및 CD TEA 인덱스는 모두 약 700 J/Kg 이상인 반면, 제어 매체(베이스 단독)의 경우에는 MD 및 CD TEA 인덱스는 모두 500 J/Kg 미만이었다. 나아가, 새 매체(베이스 단독) 및 새 매체(코팅됨) 모두의 CD TEA 인덱스는 1000 J/Kg을 초과한 반면, 제어 매체의 경우에는 CD TEA 인덱스는 700 J/Kg 미만이었다. 실제로 새 매체 샘플의 MD 및 CD TEA 인덱스 각각은 대응하는 제어 매체 샘플보다 컸다. 예컨대, 새 매체(베이스 단독)의 CD TEA 인덱스는, 제어 매체(베이스 단독) 인덱스값의 약 3배였다. TEA를 통해서, 예컨대, 시트를 파괴할 수 있는 동응력/작용하에서의 매체 시트의 내구성을 예측한다. 여기 설명된 원리에 따른 새 매체 샘플의 인장값이 높기 때문에, 웨브 파괴, 주름 및 매체의 접혀짐 경향을 감소시켜서 인쇄 및 피니싱시의 출력 내구성을 개선할 수 있다.

MD 및 CD 모두의 잔류 TEA 인덱스와 관련해서, 새 매체(베이스 단독)의 인덱스값은 제어 매체(베이스 단독)로부터 획득한 값의 적어도 두배였다. 실제로, 새 매체(베이스 단독)의 CD 잔류 TEA 인덱스는, 제어 매체(베이스 단독) 인덱스 값의 적어도 3배였다. 코팅된 매체의 경우, 새 매체(코팅됨)의 잔류 TEA 인덱스 값은 제어 매체(코팅됨)에서 획득한 값의 거의 두배였다. 샘플의 잔류 강도가 높다는 것은 종이 매체의 출력 내구성 및 피니싱이 더 양호하다는 것이다. 표 3의 잔류 TEA 인덱스 결과는, 이하 설명하는 바와 같은 개선된 출력 내구성 및 피니싱 관찰 결과와 매우 관련되어 있다.

출력 내구성/ 피니싱

샘플 매체를 이용해서, 76.2센티 언와인더(unwinder) 및 B200 시그마 컬렉터(Sigma Collator)와 함께 Mueller Martini가 제조한 시그마 폴더(Sigma Folder)로, 북 시그네쳐(book signatures)를 생산했다. 종이 걸림, 접혀짐 및 단면 품질에 관해서 스루풋과 같은 피니싱 품질 파라미터를 조사했다. 피니셔를 거친 제어 매체(코팅됨) 샘플의 출력 내구성에서는, 종이 걸림, 접혀짐 및 단면 품질 문제 중 하나 이상이 발견되었다. 제어 매체의 절단 종이 에지는 너덜너덜했으며, 시중의 책, 잡지, 신문 및 브로셔와 같은 높은 스루풋의 응용 분야에는 적합하지 않았다. 반대로, 새 매체(코팅됨) 샘플은 어떤 문제도 없이 피니셔에서 실행되고 있었다. 450밀리미터 길이까지 커팅된 새 매체(코팅됨) 샘플은 우수한 단면 품질 및 피니싱을 가진 출력 내구성이 관찰되었다. 상술한 바와 같이, 표 3의 잔류 TEA 인덱스 값은 이들 결과와 관련되어 있었다. 제어 매체(코팅됨) 샘플은 잔류 TEA 강도, 특히 잔류 CD 강도가 약간 결여되었지만, 출력 내구성 및 피니싱에서는 우수하게 수행되었다.

이와 같이, MD/CD 인장 강성 인덱스비가 2.0 미만이고, 인장 에너지 흡수 인덱스가 500 J/Kg을 초과하며, CD 잔류 TEA 인덱스가 400 J/Kg을 초과하는, 디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄에 사용되는 종이 매체 및 그 제조 방법을 설명했다. 상술한 예는 청구되는 것의 원리를 나타내는 매우 특정한 예시 중 일부를 단지 예시적으로 나타내는 것이라는 것을 이해할 것이다. 분명히, 당업자라면 첨부도니 청구의 범위에 의해 정의된 범주로부터 벗어남없이 다른 수많은 구성를 용이하게 안출할 수 있을 것이다.

Claims

디지털 고속 잉크젯 웨브 프레스(web press) 인쇄에 이용되는 매체로서,
기계 방향(machine direction: MD)/기계 횡방향(cross-machine direction: CD) 인장 강성 인덱스비가 2.0 미만이고, 인장 에너지 흡수(tensile energy absorption) 인덱스가 500 J/Kg을 초과하는 종이 베이스와,
상기 종이 베이스의 면 상의 이미지 수용층을 포함하되,
상기 종이 베이스는
침엽수(softwood) 섬유 대 활엽수(hardwood) 섬유의 중량비가 3 대 7 내지 7 대 1의 범위 내인 섬유 혼합물과,
섬유에 대한 양성 전분(cationic starch)의 중량비가 1.0%을 초과하는 내부 전분과,
종이 베이스 중량의 1.0% 내지 12.0%의 범위 내의 충진물을 포함하고,
상기 매체의 CD 잔류(residual) 인장 에너지 흡수 인덱스는 300 J/Kg을 초과하는
매체.
제 1 항에 있어서,
상기 매체의 근량(basis weight)은 제곱 미터당 75그램 이하인
매체.
제 1 항에 있어서,
상기 섬유에 대한 양성 전분의 중량비는 1.10% 내지 5.0%의 범위 내인
매체.
제 1 항에 있어서,
상기 내부 전분의 양은 섬유 중량의 1.10% 내지 11%의 범위 내인
매체.
제 1 항에 있어서,
상기 섬유 혼합물은, 상기 섬유 혼합물의 전체 중량에 대하여, 침엽수 화학 펄프를 25% 내지 35%의 범위로, 활엽수 화학 펄프를 20% 내지 30%의 범위로, 그리고 기계 펄프, 이종 펄프 및 재활용 펄프를 총량 0% 내지 50% 범위로 포함하고, 상기 섬유 혼합물에서의 침엽수의 중량은 적어도 30%인
매체.
제 1 항에 있어서,
상기 섬유 혼합물은, 상기 섬유 혼합물의 전체 중량에 대하여, 침엽수 화학 펄프를 30%, 활엽수 화학 펄프를 25%, 이종 펄프를 18% 및 재활용 펄프를 25% 포함하고, 상기 섬유 혼합물에서의 침엽수의 중량은 30%을 초과하는
매체.
제 1 항에 있어서,
상기 섬유 혼합물의 전체 중량의 15%까지가 재활용 펄프이고,
상기 섬유 혼합물의 전체 중량의 10%까지가 기계 펄프 및 이종 펄프 중 하나 혹은 모두인
매체.
제 1 항에 있어서,
상기 침엽수 섬유 대 활엽수 섬유의 중량비는, 6 내지 5의 침엽수 크래프트 펄프(kraft pulp) 대 활엽수 크래프트 펄프의 중량비를 포함하는
매체.
제 1 항에 있어서,
상기 종이 베이스는 각각 500 J/Kg을 초과하는 MD 잔존 인장 에너지 흡수 인덱스 및 CD 잔존 인장 에너지 흡수 인덱스를 갖는
매체.
제 1 항에 있어서,
상기 종이 베이스 및 상기 매체 각각은 800 J/Kg 초과하는 CD 인장 에너지 흡수 인덱스를 갖는
매체.
고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄에 이용되는 매체로서,
인장 에너지 흡수 인덱스가 600 J/Kg을 초과하는 종이 베이스와,
상기 종이 베이스의 양쪽면 상의 잉크 수용층을 포함하고,
상기 종이 베이스는,
침엽수 섬유 대 활엽수 섬유의 중량비가 3 대 7 내지 1 대 1의 범위 내인 섬유 혼합물과,
섬유에 대한 양성 전분의 중량비가 1.0% 내지 5.0%의 범위 내인 내부 전분과,
회분(ash content)이 12.0%의 미만이 되기에 충분한 중량의 충진물과,
총량이, 섬유 중량의 0.0075% 내지 9.00%의 범위 내인 하나 이상의 용제 및 첨가제를 포함하고,
상기 매체 및 상기 종이 베이스는 각각 2.0 미만인 기계 방향(MD)/기계 횡방향(CD) 인장 강성 인덱스 비와, 800 J/Kg을 초과하는 CD 인장 에너지 흡수 인덱스를 갖는
매체.
제 11 항에 있어서,
상기 섬유 혼합물은, 재활용 펄프, 이종 펄프 및 기계 펄프 중 하나 이상을 각각 독립적으로 10% 내지 30% 범위 내의 중량으로 더 포함하는
매체.
제 11 항에 있어서,
상기 종이 베이스는 600 J/Kg 이상인 잔류 인성 에너지 흡수 인덱스를 갖는
매체.
제 11 항에 있어서,
상기 매체는 60 J/Kg을 초과하는 MD 잔류 인장 에너지 흡수(TEA) 인덱스와, 300 J/Kg 초과인 CD 잔류 TEA 인덱스를 갖는
매체.
고속 잉크젯 웨브 프레스 인쇄용 매체를 제조하는 방법에 있어서,
침엽수 섬유 대 활엽수 섬유의 중량비가 3 대 7 내지 7 대 1의 범위이며, 섬유에 대한 양성 전분의 중량비가 1.0% 이상인 내부 전분, 및 펄프 스톡 중량의 1.0% 내지 12.0%의 범위인 충진물을 포함하는 펄프 스톡을 형성하는 단계와,
상기 펄프 스톡을 1.0의 분사 대 와이어(jet-to-wire) 속도비로 이동 그물문(wire screen)에 분사하여 초기 종이 웨브를 형성하는 단계와,
표면 사이징 및 코팅을 위한 종이 웨브를 마련하는 방식으로, 상기 초기 종이 웨브로부터 물을 제거하는 단계 - 상기 종이 웨브의 인장 에너지 흡수 인덱스는 500 J/Kg을 초과하고, 기계 방향(MD)/기계 횡방향(CD) 인장 강성 인덱스 비는 2.0 미만임 - 와,
상기 종이 웨브의 한쪽면 혹은 양쪽면에 이미지 수용층을 코팅하는 단계와,
상기 코팅된 종이 웨브를 캘린더링(calendering)해서 상기 매체를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 매체의 CD 잔류 인장 에너지 흡수 인덱스는 300 J/Kg을 초과하는
방법.