專利名稱：高級啞光印刷紙及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高級啞光書寫紙和/或印刷紙(也稱為圖文紙(graphic paper))，其特別地用于膠版印刷，該印刷紙對墨水和/或油墨具有較短的干燥時(shí)間，以及本發(fā)明還涉及制備該紙的方法。該高級紙可用于很多領(lǐng)域，比如美術(shù)出版、書寫、包裝等。
背景技術(shù)：
在印刷紙工業(yè)中，可以根據(jù)不同的目的區(qū)分各種紙，各個(gè)目的對應(yīng)于具有一個(gè)特定類型的印刷機(jī)的使用者以及對應(yīng)于特定的市場。于是，造紙業(yè)的客戶從各種出售的紙中選用適于待使用的印刷機(jī)印刷并且在質(zhì)量和成本上可最大滿足客戶需求的紙。存在多種類型的印刷機(jī)或印刷，包括桌式噴墨印刷機(jī)、連續(xù)噴墨印刷機(jī)、黑白膠印機(jī)(即用于印刷報(bào)紙)、四色膠印機(jī)(四色印刷機(jī))、數(shù)字膠印機(jī)、熱膠印機(jī)、電子照相印刷機(jī)(影印機(jī)、激光打印機(jī))、凹版印刷機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)，以及升華印刷機(jī)。用于在給定類型的紙上印刷的油墨取決于印刷的類型。用于噴墨印刷的油墨包括揮發(fā)性溶劑或水作為載體，然而，用于膠版印刷的油墨使用植物油或石油餾分作為載體。對于四色膠版印刷來說，可以使用如下兩種類型的紙所謂的“銅版”紙(coated paper)禾口高級紙(fine paper)。銅版紙包括傳統(tǒng)的在其上沉積了涂層的紙，該涂層包括粘合劑和涂料。于是，該紙的纖維被涂層遮蓋，使得它們不再是可見的。該紙僅作為用于支撐涂層的介質(zhì)，該涂層被設(shè)計(jì)成可給予銅版紙非常好的印刷質(zhì)量。因此，在最終的產(chǎn)品中，構(gòu)成銅版紙的介質(zhì)的紙是不可見的，從而可以具有相對較差的品質(zhì)。銅版紙具有較小數(shù)值的松密度(即松厚度，bulk)(通常小于1. 04立方厘米/克 (cm3/g))，以及用于制造該銅版紙的紙漿包括大體上優(yōu)質(zhì)的纖維素纖維、粘合劑、以及相對大量的填料(相對于紙的總干重，通常超過15%的干重)。銅版紙通常是光滑的并且通常具有各種標(biāo)準(zhǔn)的光澤度，最有光澤的銅版紙通過壓光獲得。銅版紙典型地顯示出范圍在100秒至3000秒的貝克平滑度(Bekk smoothness), 范圍在約11%至80%的光澤度(使用Tappi T480標(biāo)準(zhǔn)在75°處進(jìn)行這些測定)。涂層通常以18克/平方米(g/m2)至35g/m2每面的速率沉積在紙上并且其包括便宜的顏料比如碳酸鈣。通常使用給予銅版紙平滑性的平滑涂布技術(shù)比如刮刀(blade)將涂層沉積在紙上，從而遮蓋紙的缺陷(imperfection)，比如構(gòu)成以及纖維氈(the mat of fibers)導(dǎo)致的粗糙度。使用如下機(jī)器以較低的成本生產(chǎn)銅版紙?jiān)摍C(jī)器具有幾米的寬度并且典型地以超過1000米/分鐘(m/min)的薄片卷繞速度運(yùn)轉(zhuǎn)。首先，對紙進(jìn)行施膠(sizing)，以獲得涂層的第一層，該層通常以幾個(gè)g/m2的在線速率被染色和沉積，然后，涂覆限定最終產(chǎn)品的可印性的上述顏料涂層，然后在生產(chǎn)線的末端進(jìn)行壓光。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成銅版紙中的涂層的顏料的顆粒的尺寸越大，銅版紙的 光度(mattness)越大，而且油墨的干燥時(shí)間越長。因此，使用的顏料通常具有相對較小的粒徑 (微米級)，同時(shí)相反地，涂層中的顆粒數(shù)量相對較大。相反，高級紙是不同于用于制備銅版紙的傳統(tǒng)紙或介質(zhì)的高品質(zhì)紙，尤其體現(xiàn)在如下方面松密度、制造中使用的造紙漿的成分及較高的制造成本。作為使用的制造方法的結(jié)果和/或?qū)ζ溥M(jìn)行的處理比如壓紋的結(jié)果，高級紙通常是有印紋的(marked)或有紋理的 (textured)。高級紙通常顯示出大于或等于1. IOcmVg的松密度，以及用于其制造的造紙漿包括高品質(zhì)的纖維素纖維、粘合劑、以及較小比例的填料和/或添加劑，比如淀粉。當(dāng)高級紙的光澤度在4%至8%的范圍內(nèi)時(shí)，高級紙被認(rèn)為是啞光的(matt)，以及當(dāng)高級紙的光澤度在10%至20%的范圍內(nèi)時(shí)，高級紙被認(rèn)為是有光澤的(使用Tappi T480標(biāo)準(zhǔn)在75°處進(jìn)行這些測定)。有光澤的高級紙具有相當(dāng)于啞光銅版紙的光澤度，這是高級紙通常顯得比銅版紙更啞光(matt)的原因。高級紙的重要特征是其可印性，尤其是用于在其上印刷的油墨的干燥時(shí)間。當(dāng)高級紙被印刷時(shí)，比如通過膠版印刷方法進(jìn)行印刷時(shí)，所用油墨的干燥時(shí)間相對較短是重要的，這使得在高級紙彼此堆疊時(shí)，印刷在一張高級紙正面(recto face)上的油墨不會(huì)玷污另一張高級紙的反面(verso face)，或者在同一張高級紙被卷起時(shí)，印刷在該高級紙的正面(recto face)上的油墨不會(huì)詁污其反面(verso face)。用于四色膠版印刷的高級紙基本未經(jīng)處理。油墨直接沉積在僅覆蓋通常的添加劑的纖維上。在該環(huán)境下，紙?jiān)谄浔砻鏇]有任何顏料以及紙的纖維是可見的并且在印刷后清楚可見。高級紙的可見紋理外觀為其印刷表面提供了凹凸(relief)，從而在該高級紙上印刷之后獲得了對使用者來說非常具有吸引力并且極為欣賞的最終外觀。高級紙與銅版紙之間另一重要差異在于，銅版紙由于在紙上沉積的涂層而顯示出一定量的表面粗糙度，而高級紙則由于其自身的紋理而本身具有表面粗糙度。高級紙通常是有紋理的或有印紋的，并且其紋理可以是天然的和/或人工形成的，即其可通過壓紋法或印紋法或者類似的方法獲得。高級紙可以在紙的制造期間或其后被壓紋(比如通過用于干燥造紙漿的合適的導(dǎo)線(wire)或者通過壓花或壓印輥(marking roller))。經(jīng)壓紋的高級紙包括在其至少一個(gè)面上是凹入的和/或凸出的圖案，比如使印刷后的最終產(chǎn)品具有紋理比如曲線或幾何圖形。相反，銅版紙通過在制造方法中使用的元件而具有不顯示纖維氈或者介質(zhì)的任何印紋的平滑表面。高級紙可以是直紋的(laid)以及可包括直紋線(laid lines)，比如使用水印輥制造。然而，目前的高級紙?jiān)馐芟鄬^差的印刷質(zhì)量，特別地由于所用油墨的干燥時(shí)間非常長。高級紙的纖維沒有充分地固定油墨，從而不能使油墨迅速干燥。此外，由于平滑性依賴于制造高級紙的其自身結(jié)構(gòu)不均勻的纖維氈，故平滑性是不均勻的。有人提出處理高級紙的方案，以便改善高級紙的印刷質(zhì)量，同時(shí)避免遮蓋該紙的表面起伏(surface relief)。為了改善高級紙的可印性，在高級紙的表面上沉積包括顏料和粘合劑的處理涂層。舉例來說，用于縮短在高級紙上的油墨的干燥時(shí)間的一個(gè)方案包括在處理涂層中使用非常細(xì)的碳酸鈣顏料，其顆粒具有低于1微米(ym)的粒徑。然而，該方案不是非常令人滿意的，因?yàn)槠鋵?dǎo)致高級紙的光澤度增加。相反，粗的碳酸鈣(其顆粒具有大于2μπι的粒徑)的使用使高級紙更加地啞光，但增加了油墨的干燥時(shí)間并導(dǎo)致在膠版印刷期間在氈上發(fā)生粉化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特定目標(biāo)在于提高高級紙(尤其是用于膠版印刷的高級紙)的可印性， 同時(shí)保持其紋理，以及增加其tt光度，使得高級紙?jiān)谟∷⑶熬哂械陀诩s4%的光澤度或者在印刷后具有低于約7%的光澤度。已印刷的高級紙的光澤度通常大于印刷前的同一紙張的光澤度?？紤]到高級紙的可印性，本發(fā)明特別致力于降低油墨的干燥時(shí)間(比如，通過膠印法沉積)，對于目前未經(jīng)處理的高級紙來說，油墨的干燥時(shí)間為約3小時(shí)(h)。本發(fā)明的另一目的在于提高或控制高級紙的其它印刷特性，比如斑點(diǎn)、油墨濃度、對比度，以及粉化。 “斑點(diǎn)”是用于表示缺少印刷均勻性的術(shù)語，并且其通過眼睛或者使用相機(jī)觀察100%黑色或藍(lán)色的單色印刷品來進(jìn)行評估。“粉化”是用于表示膠版印刷期間在氈上出現(xiàn)粉末的術(shù)語，該缺陷與處理涂層對紙的不良粘附性相關(guān)聯(lián)。如果粉化過度，那么印刷機(jī)需要停止工作，以便在重新開始印刷之前進(jìn)行清潔，從而浪費(fèi)時(shí)間，這是代價(jià)昂貴的。為此，本發(fā)明提供高級啞光書寫紙和/或印刷紙，其特別地用于膠版印刷，該紙具有大于或等于1. IOcmVg的松密度，以及在其至少一個(gè)表面上包括含有顏料和粘合劑的涂層，該紙具有如下特征其顏料包含顆粒平均直徑大于或等于3 μ m的二氧化硅，以及以每單位面積涂層大于0. 4g/m2并小于1. 5g/m2的二氧化硅的量進(jìn)行沉積，當(dāng)使用Tappi T480 標(biāo)準(zhǔn)在75°處測定時(shí)，所述紙印刷前在所述表面上具有小于或等于4%的光澤度。在特別的實(shí)施方式中，通過該方式處理的高級紙顯示出低于20分鐘(min)、優(yōu)選低于15min的印刷平均干燥時(shí)間。高級紙的定義以及高級紙與常規(guī)紙或銅版紙之間的區(qū)別如上所述。本發(fā)明的高級紙顯示出大于或等于1. 10cm7g、優(yōu)選大于1. 2cm3/g>以及比如大于1. 25cm3/g的松密度。所述紙的厚度在0. 1毫米(mm)至0. 5mm的范圍內(nèi)，例如，優(yōu)選在約0. 15mm至0. 35mm的范圍內(nèi)，和/或所述紙的重量在100g/m2至300g/m2、優(yōu)選在120g/m2至M0g/m2的范圍內(nèi)。高級紙的松密度是其厚度被其重量除時(shí)的比值。本發(fā)明的高級紙是啞光的或甚至是超啞光的，這是因?yàn)槠湓谟∷⑶熬哂械陀诨虻扔?%的非常低的光澤度，而現(xiàn)有高級紙通常至好具有約4%的光澤度。本發(fā)明的高級紙的光澤度可在2%至4%的范圍內(nèi)，優(yōu)選在2%至3%的范圍內(nèi)，這與高級紙印刷后在約3%至
、優(yōu)選在3%至5%的范圍內(nèi)的光澤度相對應(yīng)。使用Tappi T480標(biāo)準(zhǔn)在75°處測定高級紙印刷前的光澤度，使用的油墨是100%的黑色或400%的四種顏色(黃色、紅色、藍(lán)色以及黑色，各種顏色為100% )。通過在高級紙上沉積該處理涂層獲得該較低的光澤度，該處理涂層包括顆粒粒徑大于或等于3 μ m的二氧化硅顏料并且該二氧化硅以大于0. 4g/m2但小于1. 5g/m2的量被沉積。二氧化硅因其除去光澤性而被使用，從而降低印刷前后高級紙的光澤度，其中二氧化硅顆粒的除去光澤性是由于其可散射光的粒徑和/或其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或多孔結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的。使用每單位面積處理涂層沉積的二氧化硅的量進(jìn)行上述限定的本發(fā)明可以可選地或組合地用包含于涂層中的二氧化硅的量限定，該二氧化硅的量由其相對于涂層的總干重折合成的干重來確定。于是，處理涂層包括顆粒粒徑大于或等于3 μ m的二氧化硅顏料， 以及相對于涂層的總干重，二氧化硅顏料的量為大于6%但低于15% (特別地低于10% ) 的干重(dry weight)。特別地，相對于使用的其粒徑為微米級的顏料的粒徑，本發(fā)明中的二氧化硅顆粒的粒徑相對較大。例如，二氧化硅可以具有大于6 μ m但小于15 μ m或20 μ m的平均直徑。 這些顆粒也可以具有范圍在3 μ m至20 μ m、優(yōu)選在5 μ m至18 μ m、更優(yōu)選在7 μ m至15 μ m、 以及例如8 μ m至10 μ m的平均直徑。舉例來說，使用的二氧化硅是多孔的非晶態(tài)的合成二氧化硅，比如供應(yīng)商Grace 以商標(biāo)Syloid ED5 銷售的產(chǎn)品。涂層中的二氧化硅的量相對較小，但其足以提高印刷期間、特別是膠版印刷期間紙的性能。特別地，本發(fā)明致力于顯著地降低油墨的干燥時(shí)間，其中對于根據(jù)本發(fā)明處理的高級紙，油墨的干燥時(shí)間低于20分鐘，并且可以低于15分鐘或者甚至低于10分鐘。特別地，這是由于二氧化硅的孔隙率造成的，二氧化硅的顆粒能夠吸收用作油墨的載體的脂肪族化合物。進(jìn)一步地，由于二氧化硅顆粒的粒徑相對較大，故在印刷期間，當(dāng)油墨彼此接觸時(shí)，這些顆粒有助于避免包含油墨的顏料層之間的混合。然后，二氧化硅顆粒作為隔離物 (spacer)，從而縮短油墨的干燥時(shí)間。在本發(fā)明的特別的實(shí)施方式中，二氧化硅顆粒的平均直徑大于或等于處理涂層的厚度，從而增強(qiáng)其隔離性能。進(jìn)一步地，雖然二氧化硅顆粒相對較貴，但這些顏料以較小的量存在于處理層中幾乎不會(huì)在高級紙的制造中產(chǎn)生額外的成本。高級紙上沉積的涂層可包括其他顏料，比如選自于碳酸鈣、高嶺土、二氧化鈦、滑石、以及它們的混合物的顏料。碳酸鈣優(yōu)選是處理涂層中的主要顏料。相對于涂層的總干重，涂層中的碳酸鈣的量可以為60 %至90 %的干重、優(yōu)選為70 %至85 %的干重。舉例來說， 使用的碳酸鈣可以是供應(yīng)商^erys以商標(biāo)Carbital 75⑧和Carbital 95 銷售的產(chǎn)品。 這些碳酸鈣是碳酸鈣、具有75%的粒徑小于2 μ m的碳酸鈣的Carbital 75以及具有95% 的粒徑小于2 μ m的碳酸鈣的Carbital 95的混合物。優(yōu)選地，處理涂層不含氧化鋁或氫氧化鋁。處理涂層中的粘合劑可選自于聚乙烯醇(PVA)、苯乙烯-丁二烯或苯乙烯-丙烯酸共聚物(特別地以乳膠形式使用)，以及它們的混合物。相對于涂層的總干重，涂層中的 PVA和/或乳膠的量可為7%至13%的干重、優(yōu)選為8%至12%的凈重，比如11%至12%的凈重。處理涂層還可包括流變改性劑比如增稠劑、固化劑和/或表面活性劑。相對于涂層的總干重，涂層中的固化劑的量可為0. 2%至0. 6%的干重、優(yōu)選0. 3%至0. 5%的干重， 比如其量可以為約0.4%的干重。相對于涂層的總干重，涂層中的表面活性劑的量可以為 0. 至0. 5%的干重、優(yōu)選0. 2%至0. 4%的干重，比如約0. 3%的干重。相對于涂層的總干重，涂層中的增稠劑的量可以為0.5%至的干重、優(yōu)選0.6%至0.8%的干重。增稠劑可以為羧基甲基纖維素。在所述表面上的處理涂層的重量可以為3g/m2至18g/m2，優(yōu)選7g/m2至13g/m2，例如約 10g/m2。處理涂層可具有范圍在2μπι至IOym的厚度，例如，其可以為約5μπι。
相對于涂層的總干重，涂層中的二氧化硅的量大于或等于6 %的干重，特別地，大于或等于7%的干重，以及特別地，二氧化硅的量在6%至15%的干重的范圍內(nèi)，或在6%至 10%的干重的范圍內(nèi)，以及其可以在7%至9%的干重的范圍內(nèi)，優(yōu)選在7. 5%至8. 5%的干重的范圍內(nèi)，以及例如，二氧化硅的量為約8%的干重。在所述表面上的二氧化硅的重量在0. 4g/m2至1. 5g/m2的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0. 5g/m2 至1.35g/m2的范圍內(nèi)。本發(fā)明的高級紙優(yōu)選由纖維素纖維、粘合劑、以及填料制成，其中，相對于紙的總干重，填料的量小于22%的干重，優(yōu)選小于15%的干重。本發(fā)明的高級紙還可以通過上述方法經(jīng)由天然的和/或人工的方式被紋理化，于是本發(fā)明的高級紙可包括凸出的和/或凹入的圖案、少許地或根本不改變所述表面上的紋理的處理涂層。通常，這些圖案顯示出至少幾十個(gè)微米的尺寸。在處理之前，本發(fā)明的紙可呈現(xiàn)出范圍在100毫升/分鐘(mL/min)至1500mL/ min、優(yōu)選范圍在200mL/min至1400mL/min的本特森(Bendtsen)粗糙度，和/或范圍在 400mL/min 至 700mL/min、優(yōu)選范圍在 450mL/min 至 600mL/min 的本特森(Bendtsen)孔隙率，和/或范圍在Is至30s、優(yōu)選范圍在2s至25s的貝克平滑度。本發(fā)明還提供制備如上所述的高級 光書寫和/或印刷紙的方法，該方法的特征在于其包括如下步驟通過非接觸型涂布法，比如使用幕簾涂布法、凹版印刷滾筒涂布法、或氣刀涂布法，在高級紙的至少一個(gè)表面上沉積本申請所述的涂層。與通過刮去涂層使構(gòu)成高級紙的纖維氈平滑的刮刀涂布技術(shù)相比，幕簾 (curtain)、凹版印刷滾筒、以及氣刀涂布技術(shù)并不使高級紙平滑，而僅是在高級紙上沉積涂層，其中該涂層符合高級紙的紋理。通過該技術(shù)沉積的涂層呈現(xiàn)出更均一的厚度并且涂層的外表面是較少平滑的，其是更高印紋化的，借此有助于最終產(chǎn)品的 光度以及有助于印刷后的最終外觀。通過閱讀如下包括幾個(gè)對照例以及附圖的說明可更好地理解本發(fā)明以及本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、特征、和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是顯示經(jīng)處理的高級紙印刷后的光澤度如何隨經(jīng)由涂布沉積的二氧化硅的量變化的函數(shù)的圖；圖2是顯示經(jīng)處理的高級紙上的油墨的干燥時(shí)間如何隨經(jīng)由涂布沉積的二氧化硅的量變化的函數(shù)的圖；圖3是通過掃描電子顯微鏡(SEM)獲得的用于顯示本發(fā)明的經(jīng)處理的高級紙的表面的圖像，其中該掃描電子顯微鏡裝有通過X-射線的能量分散(EDX)進(jìn)行表面化學(xué)分析的系統(tǒng)。圖4是以更大比例顯示的圖3中的經(jīng)處理的高級紙的表面的掃描電子顯微鏡 (SEM)圖像，該圖像特別地顯示被碳酸鈣顏料圍繞的二氧化硅顆粒。
具體實(shí)施例方式為了評估高級紙印刷前后的光澤度以及油墨的干燥時(shí)間，對十種包括經(jīng)處理的高級紙和未經(jīng)處理的高級紙的不同高級紙進(jìn)行測試。如下表格歸納了那些高級紙的成分以及測試中獲得的結(jié)果。所用高級紙主要是申請人以商標(biāo)Conqueror Velin 和Rives Tradition 銷售的高級紙(實(shí)驗(yàn)例1至5和7-10)。上述兩種高級紙被紋理化，第一種高級紙通過天然方式被紋理化，第二種高級紙通過天然方式以及通過人工方式被紋理化。Rives Tradition ⑧高級紙重 240g/m2，具有 1370mL/min 的本特森粗糙度，460mL/ min的孔隙率以及2s的貝克平滑度。按照ISO標(biāo)準(zhǔn)5636-3的本特森孔隙率或本特森透氣度是在給定條件下測定通過一張紙的空氣的量，該測定以mL/min表示。紙的通氣孔(open)越寬，其孔隙率越大，于是其本特森孔隙率的值越高。貝克平滑度是測定可使給定量的空氣在紙和與紙接觸的玻璃表面之間流動(dòng)所需的時(shí)間(按照ISO標(biāo)準(zhǔn)5627)。紙?jiān)酱植?，空氣越容易?jīng)由紙的表面處的空隙(其中空隙與粗糙度相關(guān))通過，于是空氣通過所需的時(shí)間越短。紙?jiān)焦饣?，空氣通過所需的時(shí)間越長。Conqueror Velin 高級紙重120g/m2，其具有200mL/min的本特森粗糙度， 580mL/min的孔隙率，以及21s的貝克平滑度。Conqueror Velin 高級紙的重量為Rives Tradition 高級紙的一半，以及其具有高于Rives Tradition 高級紙的孔隙率。此外，與 Rives Tradition 高級紙相比，Conqueror Velin 高級紙是更低粗糙的并且更光滑的，這意味著與Rives Tradition 高級紙相比，Conqueror Velin 高級紙是更少紋理化的。在實(shí)驗(yàn)例6中，重量為115g/m2的經(jīng)紋理化的高級紙被使用。實(shí)驗(yàn)例1和2涉及高級紙，Rives Tradition 用于實(shí)驗(yàn)例1，Conqueror Velin 用于實(shí)驗(yàn)例2，它們均未經(jīng)處理，即未覆蓋處理涂層。其它的實(shí)驗(yàn)例(3至1 涉及經(jīng)處理的高級紙，即包括在高級紙的至少一個(gè)表面上的基于顏料和粘合劑的處理涂層。在實(shí)驗(yàn)例3中，處理涂層包含60%的粒徑小于2μπι的高嶺土作為唯一顏料。因此，處理涂層不具有二氧化硅。涂層中的粘合劑是苯乙烯-丙稀酸，以及涂層還包括合成增稠劑。通過氣刀技術(shù)以8g/m2每面的速率將處理涂層沉積在高級紙上。實(shí)驗(yàn)例4至12中的高級紙均被包含二氧化硅的處理涂層覆蓋，該二氧化硅為供應(yīng)商Grace以商標(biāo)Syloid ED5 銷售的產(chǎn)品。其包含粒徑在8. 4 μ m至10. 2 μ m的多孔非晶態(tài)合成二氧化硅顆粒以及其孔隙率體積為1. 8毫升/克(mL/g)。實(shí)驗(yàn)例4至12中的處理涂層均包含作為涂層中的主要顏料的碳酸鈣、粘合劑、固化劑，以及實(shí)驗(yàn)例4-5和7至12中的處理涂層還包含增稠劑。實(shí)驗(yàn)例6中的涂層還包括表面活性劑。碳酸鈣是兩種碳酸鈣的混合物，第一種碳酸鈣是供應(yīng)商herys以商標(biāo)Carbital 75 銷售的碳酸鈣，以及第二種碳酸鈣是供應(yīng)商以商標(biāo)Carbital 95 銷售的碳酸鈣。碳酸鈣以確定的比例被混合以獲得碳酸鈣混合物，在實(shí)驗(yàn)例4至8和10中，碳酸鈣混合物中的 80%的顆粒具有小于2 μ m的粒徑，以及在實(shí)驗(yàn)例9中，碳酸鈣混合物中的90%顆粒具有小于2μπι的粒徑。在實(shí)驗(yàn)例4至10中，粘合劑是苯乙烯-丁二烯乳膠或苯乙烯-丙烯酸與聚乙烯醇的混合物。固化劑是碳酸鋯銨的水溶液。實(shí)驗(yàn)例4至5和7至12中使用的增稠劑是羧基甲基纖維素。實(shí)驗(yàn)例6中的表面活性劑是Gemini⑧型非離子表面活性劑。
在實(shí)驗(yàn)例4至12中，以8g/m2至12. 5g/m2每面的速率將處理涂層沉積在高級紙上，在實(shí)驗(yàn)例4-5和7-10中，使用氣刀沉積涂層，在實(shí)驗(yàn)例6中，使用幕簾沉積涂層。在作為對照例的實(shí)驗(yàn)例4-6中，相對于涂層的總干重，即相對于涂層中的所有顏料(二氧化硅和碳酸鈣)、粘合劑和固化劑的干燥殘?jiān)⒁约耙曅枰脑龀韯┖捅砻婊钚詣┑母稍餁堅(jiān)目偢芍?，二氧化硅的量低?%的干重。相反，在以非限制性方式說明本發(fā)明的試驗(yàn)例7-12中，相對于涂層的總干重，二氧化硅的量大于6%的干重。對實(shí)驗(yàn)例1-12中的高級紙進(jìn)行三個(gè)測試。第一個(gè)測試在于測定各個(gè)高級紙(經(jīng)處理的或未經(jīng)處理的)印刷前的光澤度。使用如下簡述的Tappi T480標(biāo)準(zhǔn)在75°處測
定光澤度。高級紙的光澤度使用反射儀測定，該反射儀記錄被高級紙的表面反射的光的量， 其中照射角和反射角均與所述表面的法線成75°。來自BI Gardner的D-4553儀器使用黑玻璃板進(jìn)行初始校準(zhǔn)。第二種測試在于，使用膠印法印刷紙之后，測定各個(gè)高級紙上的油墨的干燥時(shí)間。 實(shí)際上，通過使用Erichsen壓力機(jī)將進(jìn)行400%印刷(即使用四種各自為100%的顏色黃色、紅色、藍(lán)色和黑色)的高級紙表面與另一高級紙的非印刷表面接觸來確定干燥時(shí)間。使用直徑為25mm的壓力機(jī)的圓盤確定高級紙之間的接觸面積，該圓盤以250牛頓(N)的壓力壓向高級紙，持續(xù)1秒。該測試，也稱為“不再粘附時(shí)間”測試在于測定油墨不再從高級紙的一個(gè)表面上向另一表面上轉(zhuǎn)移所需的時(shí)間。第三種最后的測試在于測定各個(gè)高級紙印刷后的光澤度。該光澤度同樣地使用 Tappi T480標(biāo)準(zhǔn)在75°處測定。對已均勻地印刷了 100%黑色油墨的高級紙表面進(jìn)行該測定。關(guān)于高級紙印刷前的光澤度，可以觀察到，經(jīng)涂層處理的高級紙(實(shí)驗(yàn)例7-12)具有范圍在2. 6%至3. 6%的非常低的光澤度，從而是特別優(yōu)越的，其中該涂層包含超過6% 二氧化硅和/或每單位面積涂層超過0. 4g/m2、特別地超過0. 5g/m2的沉積的二氧化硅的量。 未經(jīng)處理的高級紙(實(shí)驗(yàn)例1和2、分別具有4. 6%至6. 8%的光澤度。經(jīng)不包括二氧化硅的涂層處理的高級紙(實(shí)驗(yàn)例幻具有7. 5%的光澤度，以及經(jīng)包含如下含量的二氧化硅的涂層處理的高級紙(實(shí)驗(yàn)例4和6)具有分別為4. 5%和3. 9%的仍然高的光澤度二氧化硅的含量低于6%或者每單位面積涂層沉積的二氧化硅的量低于0. 4g/m2。在實(shí)驗(yàn)例5中， 涂層中的二氧化硅的量為5. 2%以及每單位面積涂層沉積的二氧化硅量為0. 47g/m2，借此給予高級紙2. 8%較低的光澤度。然而，如下所述，該紙上的油墨的干燥時(shí)間仍然太長(27 分鐘)。在實(shí)驗(yàn)例7至12中的本發(fā)明的高級紙中，高級紙印刷后的光澤度為3. 6%至 6.6%，在其它實(shí)驗(yàn)例(1至6)中的經(jīng)處理的以及未經(jīng)處理的高級紙中，高級紙印刷后的光澤度為4. 6%至15.8%。通過膠版印刷沉積在未經(jīng)處理的高級紙(實(shí)驗(yàn)例1和2、上的油墨的干燥時(shí)間非常長，這是因?yàn)槠涑^3小時(shí)。實(shí)驗(yàn)例3至6中的高級紙上的油墨的干燥時(shí)間在27-80分鐘的范圍內(nèi)，該時(shí)間仍然太長。本發(fā)明的高級紙(實(shí)驗(yàn)例7至12)上的油墨的干燥時(shí)間在 4-8分鐘的范圍內(nèi)，其干燥時(shí)間明顯低于10分鐘，從而被認(rèn)為對于通過膠印法沉積的油墨來說是非常短的干燥時(shí)間。通過氣刀涂布技術(shù)獲得的結(jié)果可應(yīng)用到幕簾式涂布技術(shù)，這是因?yàn)檫@兩種技術(shù)產(chǎn)生類似的結(jié)果，尤其在沉積的處理涂層的表面外觀方面。經(jīng)由幕簾的涂布具有如下優(yōu)點(diǎn)其可使處理涂層以較快的速度(高達(dá)lOOOm/min或者甚至更快)沉積。然而，該技術(shù)有時(shí)會(huì)要求滿足一定的涂布條件，比如為保持液體簾穩(wěn)定，需要在處理涂層中添加表面活性劑以及在涂布頭(coating head)處具有最低的流速。圖1和2使得本領(lǐng)域技術(shù)人員更容易理解用于高級紙的處理層中的二氧化硅的量對所述高級紙的光澤度的影響以及對通過膠印法沉積在所述高級紙上的油墨的干燥時(shí)間的影響。圖1是顯示經(jīng)處理的高級紙的光澤度(沿著刻度在0至20%范圍內(nèi)的縱坐標(biāo)繪制，使用Tappi T480標(biāo)準(zhǔn)在75°處測定)如何隨每單位面積處理涂層沉積的二氧化硅的量變化的函數(shù)的圖(沿著刻度在0至1. 5g/m2的橫坐標(biāo)繪制)。圖2是顯示經(jīng)處理的高級紙上的油墨的干燥時(shí)間(沿著刻度在0至90分鐘范圍內(nèi)的縱坐標(biāo)繪制，并且使用上述特定方法測定)如何隨每單位面積處理涂層沉積的二氧化硅的量變化的函數(shù)的圖(沿著刻度在O至1. 5g/m2的橫坐標(biāo)繪制)。用于獲得這些圖的測試的高級紙是Rives Tradition 和Conqueror Velin. 紙， 這兩種紙各自在其至少一個(gè)表面上用特別地包含粒徑大于或等于3 μ m的二氧化硅顏料的處理涂層處理過。類似于上述說明，這些圖用于舉例，從而不用于限制。在圖1和2中，曲線涉及具有極少紋理的Conqueror Velin @高級紙，即僅被天然地紋理化而未經(jīng)歷印紋方法的高級紙，或者涉及被紋理化的Rives Tradition . 高級紙，即具有天然的和人工的紋理的高級紙(即通過合適的方法被印紋的紙)。圖1顯示，當(dāng)沉積的二氧化硅超過0. 3g/m2時(shí)，高級紙印刷前的光澤度保持低于 4%。經(jīng)紋理化的高級紙(Rives Tradition. )和具有極少紋理的高級紙(Conqueror Velin )均是如此。這意味著在二氧化硅的量超過0.3g/m2這個(gè)臨界值時(shí)，增加的二氧化硅導(dǎo)致高級紙的光澤度以令人滿意的方式變化，直至二氧化硅的量為約1.5g/m2。例如，重要的是觀察到，這些對應(yīng)于高級紙印刷前的光澤度的光澤度值在約2. 5%至3%的范圍內(nèi)。于是，圖1顯示，在被測試的高級紙的處理涂層中，超過0. 4g/m2的二氧化硅(其粒徑大于或等于3 μ m)的量導(dǎo)致高級紙具有非常低的光澤度(印刷后的光澤度低于6%)。通過在高級紙的處理涂層中添加該數(shù)量的二氧化硅沒有改變其它印刷特性(斑點(diǎn)、光密度、 對比度、以及粉化)。圖2中的Conqueror Velin 紙的曲線顯示，直至二氧化硅(其粒徑大于或等于 3ym)的量為1.5g/m2時(shí)，在具有較少紋理的高級紙上通過處理涂層沉積的二氧化硅的量 (從0. 4g/m2開始)越大，油墨的干燥時(shí)間減小地越多。經(jīng)紋理化的高級紙上的油墨的干燥時(shí)間不同于具有較少紋理的高級紙上的油墨的干燥時(shí)間。圖2中的Rives Tradition紙的曲線顯示，在用于經(jīng)紋理化的高級紙的處理涂層中，沉積低于0. 2g/m2的二氧化硅(其粒徑大于或等于3μπι)的量對油墨的干燥時(shí)間沒有顯著的影響。這可以通過如下事實(shí)解釋二氧化硅顆粒非均勻地分布在經(jīng)紋理化的高級紙 (不規(guī)則的)表面的凹紋和凸紋中，于是當(dāng)這些二氧化硅顆粒以較少的數(shù)量存在時(shí)，油墨干燥時(shí)間在整個(gè)表面積上是不恒定的并且在某些位置上是更長的。然而，如上所述，通過該涂布沉積二氧化硅，即使以較小的量沉積二氧化硅也會(huì)降低高級紙的光澤度。在二氧化硅的量超過約0. 4g/m2的臨界值時(shí)，沉積的二氧化硅的量越多，油墨的干燥時(shí)間縮短地越多，其降至低于10分鐘的平穩(wěn)段，在沉積的二氧化硅的量大于或等于0. 6g/m2時(shí)達(dá)到該平穩(wěn)段。這些圖用于解釋上述實(shí)驗(yàn)例5中制備的經(jīng)處理的高級紙為什么具有非常低的光澤度(相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)例7-12中的本發(fā)明的高級紙的光澤度)，但同時(shí)該紙上的油墨的干燥時(shí)間仍然太長。實(shí)驗(yàn)例5中的高級紙為經(jīng)紋理化的紙，因此其應(yīng)與圖1和2中的適用于Rives Tradition 紙的曲線相比較。該高級紙被處理涂層覆蓋使得沉積的二氧化硅的量為 0.47g/m2。如圖1所示，該量的二氧化硅有助于使高級紙印刷后的光澤度低于6%，即印刷前的光澤度低于3. 5%，這基本與實(shí)驗(yàn)例5的結(jié)果(其高級紙印刷前光澤度為2. 8%，以及其印刷后的光澤度為4. 6% )相對應(yīng)。雖然實(shí)驗(yàn)例5中每單位面積沉積的二氧化硅的量 (0. 47g/m2)在適于本發(fā)明的數(shù)值范圍內(nèi)，但其不能充分地降低油墨的干燥時(shí)間，其干燥時(shí)間為27分鐘。圖2清楚地顯示，對于該品質(zhì)的紙來說，為使沉積在所述紙上的油墨的干燥時(shí)間低于20分鐘，必需每單位面積沉積大于或等于0. 5g/m2的二氧化硅(其粒徑大于或等于 3 μ m)的量。這些結(jié)果符合上述涉及經(jīng)紋理化的高級紙的實(shí)驗(yàn)例7和8中的那些結(jié)果，實(shí)驗(yàn)例7和8中的高級紙各自用每單位面積大于0. 5g/m2的二氧化硅的量處理以及它們各自具有分別低于7分鐘和6分鐘的油墨干燥時(shí)間，即明顯低于20分鐘的油墨干燥時(shí)間?？傊颂帨y試的在其至少一個(gè)表面上覆蓋了包含每單位面積涂層超過0. 4g/m2 的二氧化硅(其粒徑大于或等于3 μ m)的量的具有較少紋理的高級紙(Conqueror Velin 型)具有低于7%的印刷后光澤度(這實(shí)質(zhì)上對應(yīng)于低于4%的印刷前光澤度)，并且這些紙上的油墨的干燥時(shí)間低于20分鐘。此處測試的在其至少一個(gè)表面上覆蓋了包含每單位面積涂層超過0.4g/m2的二氧化硅(其粒徑大于或等于3μπι)的量的經(jīng)紋理化的高級紙 (Rives Tradition 型)具有低于6%的印刷后光澤度(實(shí)質(zhì)上對應(yīng)于低于3. 5%的印刷前光澤度)。然而，為確保這些經(jīng)紋理化的高級紙上的油墨的干燥時(shí)間低于20分鐘，優(yōu)選沉積的二氧化硅的量大于或等于0. 5g/m2。使用特定類型的二氧化硅獲得圖1和2的結(jié)果，以及就該方面來說，重要的是觀察到，當(dāng)在處理涂層中使用不同類型的二氧化硅時(shí)，圖1和2的曲線會(huì)發(fā)生某種程度的改變， 尤其是對應(yīng)于具有天然紋理和人工紋理的經(jīng)紋理化的高級紙的曲線，這使得例如，為確保沉積在經(jīng)該涂層處理的高級紙上的膠印油墨的干燥時(shí)間低于20分鐘，該處理涂層要求每單位面積沉積的二氧化硅的量大于0. 4g/m2，比如大于0. 5g/m2。圖3和4是通過掃描電子顯微鏡(SEM)獲得的顯示上述實(shí)驗(yàn)例7中獲得的經(jīng)處理的高級紙表面的圖像。在圖3中，顯微鏡裝有通過X-射線的能量分散(EDX)進(jìn)行表面化學(xué)分析的系統(tǒng)， 用于識別高級紙表面上的二氧化硅顆粒。這些顆粒在顯微鏡中顯示為彩色，以及為更加清楚，在此處用圓圈識別這些顆粒。這些顆粒均勻分布在高級紙的整個(gè)表面上，以及它們被較少量的碳酸鈣顏料覆蓋，這在圖4中更為清楚可見。在圖4中，可觀察到被碳酸鈣顏料包圍的二氧化硅顆粒，從而在紙的表面上形成團(tuán)粒(cluster)。這些圖像與經(jīng)處理的高級紙的起伏表面的比較結(jié)果表明，由二氧化硅顆粒與碳酸鈣顏料形成的團(tuán)粒與處理涂層表面處的突起相符。這是由于如下事實(shí)在該實(shí)驗(yàn)例中，二氧化硅顆粒的粒徑大于沉積在高級紙上的處理涂層的干燥厚度。于是，上述團(tuán)粒在處理涂層的表面處形成凸起，從而形成凹凸不平(rough relief)，這種凹凸不平附加于高級紙因自身的紋理所產(chǎn)生的顯著起伏(marked relief)。重要的是觀察到，由紙的紋理限定的圖案的尺寸(例如大于50μπι)通常大于處理涂層中的上述凸起的尺寸(低于或等于 20 μ m)，于是，該處理涂層很少或根本不會(huì)改變該高級紙的紋理。該處理涂層的凹凸不平有助于漫射光，從而降低經(jīng)處理的高級紙的光澤度。在測定油墨的干燥時(shí)間時(shí)，其通過減小涉及的接觸面積也可降低油墨的干燥時(shí)間。
權(quán)利要求
1.高級啞光書寫紙和/或印刷紙，其特別地用于膠版印刷，所述紙的松密度大于或等于1. IOcmVg,所述紙?jiān)谄渲辽僖粋€(gè)表面上包括含有顏料和粘合劑的涂層，其特征在于所述顏料包含平均直徑大于或等于3 μ m的二氧化硅顆粒，所述二氧化硅以大于0. 4g/ cm2但小于1. 5g/cm2的每單位面積所述涂層的量被沉積；使用Tappi T480標(biāo)準(zhǔn)在75°處測定時(shí)，所述紙?jiān)谒霰砻嫔暇哂行∮诨虻扔?%的印刷前光澤度，以及所述紙優(yōu)選具有低于20分鐘的油墨干燥時(shí)間。
2.如權(quán)利要求1所述的紙，其特征在于，所述涂層包括其他的選自于碳酸鈣、高嶺土、 二氧化鈦、滑石、及它們的混合物的顏料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的紙，其特征在于，所述粘合劑選自于聚乙烯醇、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯酸、及它們的混合物。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，所述二氧化硅是多孔非晶態(tài)的合成二氧化硅。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，所述表面上的所述涂層的重量為3g/m2 至18g/m2，優(yōu)選為7g/m2至13g/m2，例如為約10g/m2。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，所述涂層的厚度為2μ m至10 μ m，例如為約5 μ m。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，所述涂層包括增稠劑、固化劑、和/或表面活性劑。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，所述二氧化硅顆粒具有超過6μ m的平均直徑。
9.如權(quán)利要求1-7中任一所述的紙，其特征在于，所述二氧化硅顆粒的平均直徑為 3 μ m至20 μ m、優(yōu)選為5 μ m至18 μ m、更優(yōu)選為7 μ m至15 μ m、以及例如為8 μ m至10 μ m。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，所述二氧化硅顆粒的平均直徑大于或等于所述表面上的所述涂層的厚度。
11.如任一前述權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，相對于所述涂層的總干重，所述涂層中的二氧化硅的量為6 %至15 %的干重，特別地為7 %至9 %的干重，優(yōu)選為7. 5 %至8. 5 % 的干重，以及例如為8%的干重。
12.如任一前述權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，所述表面上的二氧化硅的重量為 0. 5g/m2 至 1. 2g/m20
13.如前述任一權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，所述紙由纖維素纖維和填料制成，其中相對于所述紙的總干重，所述填料的量低于22%的干重，優(yōu)選低于15%的干重。
14.如前述任一權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，所述紙被紋理化或印紋化，從而包括凸出的或凹入的圖案，以及所述涂層很少或根本未改變所述表面的所述紋理。
15.如前述任一權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，所述紙的厚度為0.Imm至0. 5mm，和/ 或所述紙的重量為100g/m2至300g/m2。
16.如前述任一權(quán)利要求所述的紙，其特征在于，所述紙的本特森粗糙度為lOOmL/min至1500mL/min、優(yōu)選為200mL/min至1400mL/min，和/或所述紙的本特森孔隙率為400mL/ min至700mL/min、優(yōu)選為450mL/min至600mL/min，和/或所述紙的貝克平滑度為Is至 30s、優(yōu)選為2s至25s。
17.制備如前述任一權(quán)利要求所述的高級tt光書寫紙和/或印刷紙的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟通過非接觸型涂布方法，比如幕簾涂布法、凹版印刷滾筒涂布法、或氣刀涂布法，在所述高級紙的至少一個(gè)表面上沉積所述涂層。
全文摘要
高級啞光書寫紙和/或印刷紙，其特別地用于膠版印刷，所述紙包括在其至少一個(gè)表面上的包含顏料和粘合劑的涂層，所述顏料包含顆粒平均直徑大于或等于3μm的二氧化硅，其中所述二氧化硅以每單位面積所述涂層大于0.4g/cm2但小于1.5g/cm2的量被沉積或者其中相對于所述涂層的總干重，所述二氧化硅的量可選地或組合地大于6％但低于15％、特別地小于10％的干重，使用TappiT480標(biāo)準(zhǔn)在75°處測定時(shí)，所述紙?jiān)谒霰砻嫔暇哂行∮?.5％的印刷前光澤度。
文檔編號D21H19/40GK102378841SQ201080015808
公開日2012年3月14日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
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