高速數(shù)字噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷中使用的介質(zhì)的制作方法
【專利摘要】用于數(shù)字高速噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷的介質(zhì)具有大于300J/Kg的CD殘余抗張能量吸收指數(shù)。該介質(zhì)包括具有小于2.0的MD/CD抗拉剛度指數(shù)比和大于500J/Kg的抗張能量吸收指數(shù)的紙基。該紙基包含軟木纖維與硬木纖維之比在3:7至7:1范圍內(nèi)的纖維的混合物，陽離子淀粉與纖維之比大于1.0%的內(nèi)部淀粉，和在紙基重量的約1.0%至約12.0%范圍內(nèi)的填料。該介質(zhì)進(jìn)一步包括在紙基的側(cè)面上的圖像接收涂層。
【專利說明】高速數(shù)字噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷中使用的介質(zhì)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
N/A。
[0002]關(guān)于聯(lián)邦資助研究或開發(fā)的聲明
N/A。
【背景技術(shù)】
[0003]存在多種商業(yè)的高速印刷方法以制備大量的印刷材料，例如書籍、雜志、新聞紙和宣傳冊。過去，傳統(tǒng)的模擬印刷機(jī)，例如卷筒紙輸紙膠印和凹版接觸印刷機(jī)是用于這種商業(yè)應(yīng)用的最普通的印刷機(jī)類型。近些年來，數(shù)字卷筒紙輸紙高速噴墨非接觸式印刷機(jī)由于以對消費者來說相對低的成本下100%可變印刷內(nèi)容和多色印刷，已經(jīng)變得更流行。
[0004]用于這些更傳統(tǒng)類型的卷筒紙輸紙膠印或凹版印刷機(jī)的紙介質(zhì)具有高的縱向(MD)與橫向(⑶)抗拉剛度比，其可以在紙的制造期間獲得。高的MD/⑶抗拉強(qiáng)度比意味著印刷介質(zhì)可以承受來自圍繞輥被拉緊的張力，所述輥在印刷過程中在印刷機(jī)中以高速在縱向方向移動卷筒紙。通常用于這些更傳統(tǒng)的模擬印刷機(jī)的紙介質(zhì)可以在高速卷筒紙噴墨(非接觸式)印刷設(shè)備上某種程度上可接受地使用。
[0005]附圖簡要說明
結(jié)合附圖參考以下更詳細(xì)的說明可以更容易地理解根據(jù)本文描述的原理的實施例的各個特征，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的結(jié)構(gòu)要素，和其中:
圖1A和IB顯示了根據(jù)依據(jù)本文描述的原理的實施例的介質(zhì)的側(cè)視圖。
[0006]圖2顯示了制備根據(jù)依據(jù)本文描述的原理的實施例的介質(zhì)的方法的流程圖。
[0007]某些實施例具有其它特征，所述特征是除了在以上提到的圖中顯示的特征之外的和替代的特征。以下參考前述附圖詳細(xì)說明這些和其它特征。
[0008]發(fā)明詳述
雖然通常用于更傳統(tǒng)的模擬印刷機(jī)的紙介質(zhì)可以在高速卷筒紙輸紙噴墨(非接觸式)印刷設(shè)備上某種程度上可接受地使用，但是這些紙介質(zhì)經(jīng)受與起褶、卷曲、起皺、折痕和偏移相關(guān)的一種或多種問題和其它類似問題，其會不利地影響生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量和成本。例如，由于施加到紙介質(zhì)上的噴墨油墨的彩色顏料通常使用水基液體載體，噴墨印刷比膠印和凹印印刷具有高得多的水分含量。因此，根據(jù)本文描述的原理的實施例涉及在數(shù)字高速噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷中更加有用的介質(zhì)。根據(jù)本文的原理的介質(zhì)在印刷和整理期間顯示出改善的走紙性。所述介質(zhì)是重量輕的、涂布的、紙基介質(zhì)，因為該介質(zhì)包括紙基和在紙基的一個表面或兩個表面上的促進(jìn)在介質(zhì)上形成圖像的涂層。所述紙基具有小于2.0的縱向/橫向(MD/⑶)抗拉剛度指數(shù)(TSI)比和在縱向(MD)和橫向(⑶)中的每一個上大于500J/Kg (TEA/紙張定量)的抗拉能量吸收(TEA)指數(shù)。此外，所述介質(zhì)具有大于300J/Kg的⑶殘余抗張能量吸收指數(shù)。
[0009]低MD/⑶TSI比意味著以在MD上排列的纖維為代價在紙基中更加無規(guī)的纖維取向。更無規(guī)的纖維取向意味著更高的CD抗拉剛度，其有利于紙基纖維的更少的CD(非均勻的)吸濕膨脹。例如，非均勻吸濕膨脹似乎與起褶和偏移問題有關(guān)。起褶是指當(dāng)用水(例如來自水基噴墨油墨)潤濕時，在紙纖維寬度上的小尺度的膨脹。低MD/⑶TSI比主要通過降低在紙張制造期間噴射速度與形成線速度之間的差異來實現(xiàn)。高TEA指數(shù)(MD和CD 二者)通過增加在紙基中陽離子淀粉與纖維之比來實現(xiàn)。高TEA指數(shù)值意味著更強(qiáng)的介質(zhì)，例如其在印刷和在整理期間具有改善的走紙性，具有減少的(并且在一些實例中，最小化的)卷筒紙斷裂、起褶、起皺和折痕。根據(jù)本文描述的原理的介質(zhì)可以提供優(yōu)異的印刷質(zhì)量、在印刷和整理期間改善的走紙性(在線和離線的一個或二者)和對于高速數(shù)字噴墨卷筒紙印刷機(jī)生產(chǎn)來說改善的切紙(sheet cut)質(zhì)量中的一個或多個。
[0010]根據(jù)本文描述的原理的介質(zhì)的紙基包含軟木纖維和硬木纖維的混合物。在混合物中軟木纖維與硬木纖維之比在約3:約7至約7:約I的范圍內(nèi)(B卩，3:7至7:1)。在一些實例中，軟木纖維與硬木纖維之比為最小3:7和最大7:1。此外，所述紙基包含內(nèi)部淀粉和無機(jī)填料。內(nèi)部淀粉包括但不限于陽離子淀粉，以大于1.0%的陽離子淀粉與纖維之比提供。所述填料以足以獲得紙基重量的約1.0%至約12.0%的灰含量的量提供。
[0011]在一些實例中，紙基進(jìn)一步包含總量占纖維重量的約0.0075%至約9.00%的一種或多種試劑和添加劑。例如，所述紙基可以進(jìn)一步包含內(nèi)施膠，殺生物劑、防腐劑、漂白劑中的一種或多種，助留劑和助濾劑中的一種或兩者，光學(xué)增白劑(OBA)和其它功能性添加劑和操作添加劑，包括但不限于例如染料、消泡劑、緩沖劑和樹脂控制劑。
[0012]此外，可以表面處理或涂布所述紙基以改善噴墨油墨圖像在介質(zhì)表面上的保持和固定。在所述紙基上的表面處理溶液或涂層是可以施加到紙基的一側(cè)或相對的兩側(cè)二者上的圖像接收層。所述圖像接收層與水基或溶劑基噴墨油墨兼容并且由此也可以在本文中被稱為油墨接收層組合物、表面處理溶液或涂層。這種油墨接收組合物可以包含油墨固定齊U，包括但不限于二價金屬鹽、多價金屬鹽(例如，鈣、鎂或鋁的)和這些鹽的組合；和表面施膠添加劑(例如淀粉、填料和聚合施膠劑)。此外，油墨接收組合物可以包含一種或多種顏料(例如，粘土和二氧化硅)、粘合劑(例如，乳膠和聚乙烯醇)、和其它添加劑，例如以各種組合。此外，在介質(zhì)上形成圖像的噴墨油墨可以是染料基的或顏料基的，使用水基化學(xué)溶液攜帶并遞送到所述紙介質(zhì)。
[0013]在一些實例中，如本文所述的在數(shù)字高速噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷中使用的介質(zhì)(即，涂布有圖像接收層)具有等于或小于1.9的MD/⑶TSI比。該介質(zhì)進(jìn)一步具有大于800J/Kg的⑶抗張能量吸收指數(shù)。
[0014]如本文所使用的，冠詞“一”旨在具有在專利領(lǐng)域中其普通的含義，即“一個或多個”。例如，“一種填料”通常指一種或多種填料并且由此“該填料”在本文中指“該一種或多種填料”。如在本文中使用的短語“至少”指該數(shù)目可以等于或大于列舉的數(shù)字。本文中所使用的術(shù)語“約”指列舉的數(shù)字可以通過在±10%內(nèi)變化，例如“約5”指4.5-5.5的范圍。當(dāng)與兩個數(shù)字結(jié)合使用時術(shù)語“在...之間”，例如“在約2和約50之間”包括列舉的兩個數(shù)字。本文提供的數(shù)值的任何范圍包括在提供的范圍內(nèi)或在提供的范圍之間的數(shù)值和范圍。本文所使用的術(shù)語“基本上”指大部分或幾乎全部、或全部，或例如約51%至100%的范圍的量。此外，在本文中任何引用“頂”、“底”、“較高”、“較低”、“上”、“下”、“后”、“前”、“左”或“右”在本文中不旨在作為一種限制。除非另有說明，在本文中使用標(biāo)識“第一”和“第二”是為了區(qū)別項目的目的，例如“第一側(cè)”和“第二側(cè)”，而不旨在暗示任何順序、次序或一個項目在另一個項目之上的重要性或任何操作的次序。此外，本文中的實例僅旨在說明并僅為了討論的目的而給出，并不作為限制。
[0015]根據(jù)本文描述的原理，在數(shù)字高速噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷中使用的介質(zhì)是重量輕的、涂布的、多孔介質(zhì)，其具有小于2.0的低MD/⑶TSI比以降低⑶吸濕膨脹和起褶。所述介質(zhì)進(jìn)一步具有大于600J/Kg的高TEA指數(shù)以改善卷筒紙印刷機(jī)的走紙性和整理器走紙性，包括在線、近線和離線整理的一種或多種。如此，在數(shù)字高速噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷和整理中，該介質(zhì)顯示出可接受的切紙質(zhì)量，例如干凈的邊緣，具有減少的磨損、纖維羽化或其他一般的不均勻，和具有降低的折痕、起褶、起皺或遭受卷筒紙斷裂的傾向。介質(zhì)的低MD/CD TSI比部分通過當(dāng)形成紙幅時以在縱向(MD)取向的纖維為代價增大紙基中的無規(guī)纖維取向來實現(xiàn)。在下面就制備這種介質(zhì)的方法進(jìn)一步描述了增大無規(guī)纖維取向。此外，伴隨的MD TSI損失(由于更少的在MD上的纖維取向)通過增加陽離子淀粉在纖維配料中的含量來補(bǔ)償。特別地，增加紙基的陽離子淀粉與纖維之比提供或有利于根據(jù)本文描述的原理的介質(zhì)的高TEA指數(shù)特性。
[0016]此外，所述介質(zhì)的小于2.0的低MD/⑶TSI比和大于600J/Kg的高TEA指數(shù)部分通過使用包含軟木纖維和硬木纖維的纖維混合物的紙基實現(xiàn)，軟木纖維與硬木纖維之比例如在約3:約7至約7:約I的范圍。在一些實例中，軟木纖維與硬木纖維之比在3:6至6:1、或3:5至5:1、或3:4至4:1、3:3至3:1的范圍，或在這些范圍之間的任何范圍，例如約3:約7至約3:約I。在一些實例中，軟木纖維與硬木纖維之比在3:3.5至3:4的范圍內(nèi)，或可以是1:約2。在另一個實例中，軟木纖維與硬木纖維之比在約3:約I至約2:約1，或約3:約7至約1:約I的范圍。來自硬木紙漿的纖維相比軟木纖維具有更短的纖維結(jié)構(gòu)和降低的打衆(zhòng)強(qiáng)度(strength with refining)。因此,將更高量的軟木纖維加入到纖維混合物或紙漿中來促進(jìn)改善的抗張剛度和TEA。在一些實例中，纖維混合物包含最低30%的軟木纖維。如此，本文中的介質(zhì)的紙基例如具有不小于500J/Kg的TEA指數(shù)，或不小于600J/Kg，或不小于 700J/Kg。
[0017]可用于纖維混合物的軟木的實例包括，但不限于北方軟木和南方軟木，例如北美的白云杉和松樹?？捎糜诶w維混合物的硬木的實例包括，但不限于南方硬木和北方硬木，例如北美的樺木、楓木、和顫楊。所述紙基的纖維混合物可以進(jìn)一步包含非木纖維(例如,竹子、甘蔗渣和秸桿的一種或多種)和回收纖維(例如消費前和消費后纖維)。該纖維可以以化學(xué)紙漿、機(jī)械紙漿或混合紙漿的形式包含，所述混合紙漿例如包括但不限于熱機(jī)械紙漿、化學(xué)機(jī)械紙漿和化學(xué)-熱-機(jī)械(CTMP)紙漿或這些任何的組合。在纖維混合物中使用的化學(xué)紙漿的實例包括但不限于一種或多種硫酸鹽紙漿和亞硫酸鹽紙漿，其每一種可以或可以不漂白。漂白的紙漿被用于避免通常在未漂白的紙漿中發(fā)現(xiàn)的可能的棕色調(diào)。
[0018]在一些實例中，回收紙漿、機(jī)械紙漿、混合紙漿和非木纖維紙漿各自獨立地例如可以以(總纖維重量的)0%至約30%，或約5%至約30%，或約10%至約25%，或約15%至約20%范圍內(nèi)的量包含在纖維混合物中。在一些實例中，最多約15%的纖維混合物是回收紙漿。在一些實例中，最多約10%的纖維混合物是機(jī)械紙漿或混合紙漿。在一些實例中，纖維混合物可以包含約25%至約35%的軟木化學(xué)紙漿、約20%至約30%的硬木化學(xué)紙漿和總量約40%至約50%的機(jī)械紙漿、混合紙漿和回收紙漿，使得在纖維混合物中軟木的總量為至少30%。例如，纖維混合物可以包含約30%的軟木化學(xué)紙漿、約25%的硬木化學(xué)紙漿、約18%的混合紙漿和約25%的回收紙漿，使得在纖維混合物中軟木的總量為至少30%。
[0019]所述紙基進(jìn)一步包含內(nèi)部淀粉和無機(jī)填料。在轉(zhuǎn)化為紙幅之前(即，紙基)將這些內(nèi)部試劑添加到纖維混合物或漿料中。內(nèi)部淀粉改善了干強(qiáng)度，并且陽離子淀粉例如可以進(jìn)一步作為助留劑。內(nèi)部淀粉包括陽離子淀粉并且可以進(jìn)一步包括陰離子的、交聯(lián)的、液體或干的預(yù)凝膠、非離子的和兩性的淀粉中的一種或多種。例如，內(nèi)部淀粉可以是玉米基的或土豆基的。內(nèi)部淀粉以陽離子淀粉與纖維之比大于1.0%的量提供。在一些實例中，陽離子淀粉與纖維之比等于或大于約1.10%O在一些實例中，陽離子淀粉與纖維之比在大于1.0%且小于等于約5.0%的范圍內(nèi)，或在一些實例中，最小1.10%和最大5.0%。在一些實例中，總內(nèi)部淀粉(陽離子和其它類型的淀粉)以纖維重量的大于1.0%且小于等于約11.0%的范圍的量提供。在一些實例中，總內(nèi)部淀粉的量在纖維重量的約1.10%-約11.0%，或纖維重量的約1.5%-約11.0%,或纖維重量的約1.5%-約10.0%,或纖維重量的約2.0%-約11.0%,或纖維重量的約3.0%-約11.0%的范圍內(nèi)。淀粉的實例包括但不限于來自GPC，Muscatine,IA, USA 的 CHARGEMASTER? L335 陽離子淀粉；來自 Penford Products Company, CedarRapids, IA, USA的Apollo?陽離子玉米淀粉、Astro X?陽離子土豆淀粉、Pencat?陽離子玉米淀粉和Topcat?陽離子添加劑；和來自TATE and LYLE, Decatur, IL, USA (以前為 A E Staley)的 STA-L0K? 120, 140, 160, 180 陽離子蠟質(zhì)淀粉、STA-L0K? 156，182兩性蠟質(zhì)玉米淀粉和STA-L0K? 300, 310，330陽離子馬齒種玉米淀粉。
[0020]例如，所述無機(jī)填料基本上控制所述紙基的某些物理性能。填料的顆粒填充在纖維網(wǎng)的空隙空間中并且基本上產(chǎn)生了與不含填料的相比更致密、更光滑和/或更亮的紙基。然而，例如更少的填料對強(qiáng)度可能是更好是。可以并入紙基的纖維混合物中的填料的實例包括但不限于重質(zhì)碳酸鈣(GCC)、沉淀碳酸鈣(PCC)、二氧化鈦、粘土和滑石以有任何上述的組合。在一些實例中，紙基包含在紙基重量的約1.0%至12.0%范圍內(nèi)的干重的填料(以灰含量％測量)。在一些實例中，在紙基中的填料的量(灰含量％)為紙基重量的約1.0%至約
10.0%,或約3.0%至約10.0%,或約5.0%至約10.0%,或約7.0%至約10.0%。在一些實例中，填料以足以獲得小于約12%的灰含量的量提供。填料的實例包括但不限于來自SpecialtyMinerals, Inc.0f Bethlehem, PA, USA 的 MagfiI? PCC 或來自 Omya North America 的OmyafiI? GCC。
[0021]在一些實例中，紙基進(jìn)一步包含提供功能性和操作性益處的試劑和添加劑。也可以在轉(zhuǎn)化為紙幅前將這些試劑和添加劑添加到纖維混合物或漿料中。例如，在紙基的纖維混合物中可以以大于纖維重量的0.01%的量提供內(nèi)施膠劑以改善防水性能。例如，更多的內(nèi)施膠劑可能會減少與紙基中的纖維的油墨-水相互作用。在一些實例中，可以以纖維重量的約0.015%和約1.00%范圍內(nèi)的量包含內(nèi)施膠劑。內(nèi)施膠劑的實例包括但不限于的脂肪酸、烷基烯酮二聚物(AKD)乳化產(chǎn)物、烯基酸酐乳化產(chǎn)物、烷基琥珀酸酐(ASA)乳化產(chǎn)物和松香衍生物中的一種或多種?？缮藤彽腁SA和AKD的一些實例包括但不限于來自NalcoCompany, IL, USA 的 Nalco 7542 ASA 和來自 BASF 的 AKD 2030 和來自 Hercules Inc.USA的 Hereon 195 AKD。
[0022]在一些實例中，所述紙基可以進(jìn)一步包含纖維重量的約0.01%至約5.00%的殺生物劑、漂白劑和/或防腐劑(本文統(tǒng)稱漂白劑/殺生物劑)?？缮藤彽臍⑸飫┑囊恍嵗ǖ幌抻趤碜?Buckman Laboratories, Memphis, TN, USA 的 Busan? 1124, 1130,1210, 1223 和來自 Ashland Inc., Covington, KY, USA 的 Spectrum ? XD3899 微生物滅殺劑。在一些實例中，漂白劑/殺生物劑的量為纖維重量的約1%。在一些實例中，所述紙基可以進(jìn)一步包含纖維重量的約0.05%至約2.00%的助留劑和助濾劑中的一種或二者(本文統(tǒng)稱為“助留/助濾劑”)。助留/助濾劑的實例包括但不限于聚丙烯酰胺、聚氯化鋁、二氧化硅類型的微粒、絮凝劑和分散劑中的一種或多種。在一些實例中，在紙基中包含纖維重量的約0.10%至約0.30%的助留/助濾劑。在一些實例中，紙基可以進(jìn)一步包含光學(xué)增白劑(OBA)以控制顏色，例如，其量為纖維重量的約0.0075%至約0.25%。在一些實例中，在紙基中包含纖維重量的約0.04%至約0.06%的0ΒΑ。包括但不限于染料、消泡劑、緩沖劑和樹脂控制劑的其它試劑和添加劑可以包含在一些實例中的紙基的纖維混合物中?？梢砸岳w維重量的約0.0075%至約9.0%,或約0.08%至約8.5%,或約0.10%至約6.0%,或約0.50%至約
5.0%范圍內(nèi)的總量包含這些其它試劑和添加劑。在一些實例中，在紙基中這些其它試劑和添加劑的總量為纖維重量的約1.0%至約2.0%。
[0023]在一些實例中，在紙張制造期間所述紙基可以在造紙機(jī)中接收一個或多個層或涂層(例如，表面施膠)至紙幅表面。這些層或涂層例如有利于紙幅的光滑性、白度、光澤度、孔隙度和不透明度中的一種或多種。這些涂層是與本文進(jìn)一步描述的圖像接收涂層分離的和可區(qū)別的中間涂層。如此，在施加圖像接收表面處理或涂層之前，取決于實例，所述紙基可以是未涂布的(例如，沒有表面施膠)或用本文提及的中間涂層(例如表面施膠的涂層)涂布。
[0024]在一些實例中，所述介質(zhì)的紙基具有約30克每平方米(gsm)至約74gsm范圍的紙張定量。在一些實例中，紙基的紙張定量為約35gsm至約74gsm,或約40gsm至約74gsm,或約45gsm至約74gsm,或約50gsm至約74gsm,或約60gsm至約74gsm。在一些實例中，介質(zhì)的紙基的紙張定量為約50gsm至約60gsm。
[0025]根據(jù)本文描述的原理，所述介質(zhì)在介質(zhì)的紙基的一側(cè)或兩側(cè)上包括圖像接收層(即表面處理或涂層)。圖1A顯示了在紙基(110)的一側(cè)上具有圖像接收層(120)的介質(zhì)
(100)的實例；圖1B顯示了在紙基(110)的兩側(cè)上具有圖像接收層(120)的介質(zhì)(100)的實例，各自根據(jù)本文描述的原理。圖像接收層(120)包含能夠接收和保留以圖案(或圖像)施加到層上的噴墨油墨成像材料的圖像接收組合物。圖像接收層(120)是紙基(110)上的最外層。噴墨油墨可以是水基的或溶劑基的并且根據(jù)具體的噴墨油墨包含用于著色的染料或顏料。在一些實例中，圖像接收層(120)可以促進(jìn)相對改善的施加其上的油墨的流失和干燥時間。存在多種圖像接收組合物可以用于根據(jù)本文描述的原理的介質(zhì)(100)的紙基
(110)上的圖像接收層(120)。
[0026]在一些實例中，圖像接收組合物包含油墨固定劑，包括但不限于二價或多價金屬鹽(例如，鈣、鎂或鋁的氯化物、溴化物、硝酸鹽或乙酸鹽或這些的任意組合)；無機(jī)顏料填料(例如，粘土、碳酸鹽、硅膠和氣相二氧化硅)和/或有機(jī)顏料填料(例如聚苯乙烯和聚丙烯酸酯);一水基粘合劑和/或水分散性粘合劑(例如，乳膠、聚乙烯醇(PVA)、淀粉、苯乙烯-丁二烯或丙烯酸酯)；各種添加劑中的一種或多種。例如，包括但不限于表面施膠劑、潤濕劑、消泡劑、防沫劑和分散劑中的一種或多種的其它添加劑也可以并入圖像接收層中。
[0027]在一些實例中，紙基上的圖像接收涂層的紙張定量在約Igsm至約15gsm的范圍內(nèi)。所述涂層的紙張定量是在紙基的一側(cè)或兩側(cè)上的涂層紙張定量的總和。在一些實例中，在紙基上的總涂層紙張定量在約2gsm至約15gsm,或約4gsm至約15gsm,或約6gsm至約15gsm,或約8gsm至約15gsm,或約IOgsm至約15gsm的范圍內(nèi)，或例如總涂層紙張定量為約13gsm。
[0028]如此，根據(jù)本文描述的原理的介質(zhì)是輕重量的，例如具有約31gsm至約75gsm范圍的紙張定量。在一些實例中，所述介質(zhì)的紙張定量在約35gsm至約75gsm的范圍內(nèi)，或約40gsm 至約 75gsm,或約 45gsm 至約 75gsm,或約 55gsm 至約 75gsm,或約 60gsm 至約 70gsm的范圍內(nèi)。在一些實例中，所述介質(zhì)的紙張定量小于75gsm,例如約70gsm,或約65gsm。
[0029]還提供了制備在數(shù)字高速噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷中使用的介質(zhì)的方法。圖2顯示了制備根據(jù)本文描述的原理的實例的這種介質(zhì)的方法(200)的流程圖。該制備方法(200)包括形成(210)紙漿料，其包含精制纖維素纖維的纖維混合物以及非纖維的功能性和操作性添加劑和試劑。例如纖維素纖維混合物包含軟木纖維和硬木纖維，軟木纖維與硬木纖維之比在約3:7至約7:1的范圍內(nèi)。在一些實例中，還可以包含非木纖維。例如作為回收紙漿、化學(xué)紙漿、機(jī)械紙漿和混合紙漿中的一種或多種提供軟木、硬木和非木纖維。在一些實例中，纖維混合物包含約50%至約60%的化學(xué)紙漿。在一些實例中，在纖維混合物中可以包含約15%至約30%的回收紙漿。在其它實例中，除了回收紙漿之外或代替回收紙漿在纖維混合物中可以包含約10%至約20%的機(jī)械紙漿和/或混合紙漿。在以上實施例中，在纖維混合物中至少30%的紙漿是軟木。纖維混合物基本上與以上針對根據(jù)本文的原理的介質(zhì)的紙基描述的相同。
[0030]在一些實例中，可以將木片用水與化學(xué)物質(zhì)的混合物在蒸煮器中壓力蒸煮以形成紙漿。在包含非木纖維的纖維混合物中，將非木片在分開的蒸煮器中用各自的化學(xué)物質(zhì)蒸煮并且隨后加入到木紙漿混合物中。在其它的實施例中，可以使用可商購的原始的軟木和硬木纖維。將紙漿洗滌、清潔并且在一些實例中漂白，隨后使用化學(xué)和/或機(jī)械打漿在打漿機(jī)或磨漿機(jī)中打漿。將非纖維的功能性和操作性添加劑和紙基加入并與紙漿混合以形成漿料(即，纖維配料)。這些添加劑和試劑包括上面針對用于介質(zhì)的紙基的實例描述的內(nèi)部淀粉和無機(jī)填料以及其它添加劑和試劑(例如，內(nèi)部施膠劑、OBA等)。
[0031]在一些實例中，軟木纖維與硬木纖維之比以及填料和內(nèi)部淀粉的量基本上等同于上述用于介質(zhì)的紙基的實例的量。在一些實例中，其它試劑和添加劑的量也基本上等同于上述用于介質(zhì)的紙基的實例的量。
[0032]制備介質(zhì)的方法(200)進(jìn)一步包括將漿料以約0.95和約1.05之間的漿網(wǎng)速比(jet-to-wire speed ratio)噴射(220)到造紙機(jī)的移動絲網(wǎng)上以形成初始紙幅。所述衆(zhòng)網(wǎng)速比依賴于使用的造紙機(jī)，和更特別地依賴于所使用的機(jī)器部件或配置，例如流漿箱、切片(slice)、或成形板等。當(dāng)紙漿向下流過絲網(wǎng)時，將水(在工業(yè)中也被稱為“白水”)被排走并被再循環(huán)或再用于系統(tǒng)中。如以上提供的，介質(zhì)的低MD/⑶TSI比部分通過在形成纖維混合物的紙幅期間以在縱向(MD)上取向的纖維為代價增加紙基中的無規(guī)纖維取向來實現(xiàn)。
[0033]在一些實例中，漿網(wǎng)速比影響纖維取向和紙幅或紙張的形成。相對于絲網(wǎng)的速度，由造紙機(jī)的流漿箱或切片排出的漿料射流的速率決定“沖擊(rush ) ”或“拖尾(drag) ”。例如，低于絲網(wǎng)速度的噴射速度產(chǎn)生“拖尾”和高于絲網(wǎng)速度的噴射速度產(chǎn)生“沖擊”。當(dāng)噴射速率和絲網(wǎng)速度之間的差異大時，大量的紙幅的纖維將在縱向(MD)上排列。然而，當(dāng)噴射速率和絲網(wǎng)速度之間的差異減小時，在MD上的纖維取向?qū)p少并且無規(guī)纖維取向?qū)⒃诩埢性黾?。取決于使用的造紙機(jī)，約0.95-約1.05之間的漿網(wǎng)速比增加了無規(guī)纖維取向(gp，較少的纖維在紙幅的縱向上取向或排列)。例如，取決于機(jī)器設(shè)置，約I的漿網(wǎng)速比可以提供低的MD/CD TSI比。
[0034]纖維取向或排列的程度影響紙的屬性，因為纖維在纖維的軸向方向和徑向方向具有不同的物理性能。較少的纖維在MD上取向或排列促進(jìn)了橫向方向(CD)強(qiáng)度增加而犧牲了 MD上的強(qiáng)度。這種較高的CD強(qiáng)度提供了較低的MD/CD TSI比和具有增加尺寸穩(wěn)定性的獲得的紙張，以在例如使用噴墨卷筒紙印刷機(jī)高速印刷時減少偏移。另外，隨著紙幅尺寸穩(wěn)定性增加，降低了紙的卷曲、起褶、起皺和折痕的趨勢。理論上，在約1.0的漿網(wǎng)速比下，MD拉伸強(qiáng)度最小和CD拉伸強(qiáng)度最大(最低的纖維取向)。如此，紙幅的MD/CD TSI值在例如約
1.0的漿網(wǎng)速比時可被認(rèn)為在其可獲得的最低值，實際漿網(wǎng)速比取決于造紙機(jī)和其設(shè)置。
[0035]制備介質(zhì)的方法(200)進(jìn)一步包括從初始紙幅中以制備用于表面施膠的紙幅的方式除去(230)水。例如，將初始的紙幅在造紙機(jī)的大輥之間擠壓以除去大部分殘留水并且形成半干的紙幅。此外，所述大輥保證了紙幅的平滑性和紙幅的均一厚度。為了進(jìn)一步制備用于表面施膠或涂布的紙幅，使所述半干的紙幅穿過加熱的干燥輥除去更多殘留的水。在紙幅中的固體百分比(％)從在流漿箱中的約0.5%變至在表面施膠和施加最外層涂層(圖像接收層涂層)之前的約95%。
[0036]制備介質(zhì)的方法(200)進(jìn)一步包括在一側(cè)或相對的兩側(cè)上涂布(240)紙幅。例如，涂布(240)紙幅包括施加一種與用水基或溶劑基噴墨油墨印刷的圖像兼容的圖像接收組合物。在一些實例中，涂布(240)紙幅可以進(jìn)一步包括在紙幅上施加圖像接收組合物之前的其它中間涂層(例如，表面施膠、涂層)。
[0037]可以使用一種或多種技術(shù)將圖像接收組合物施加到紙幅上，所述一種或多種技術(shù)包括但不限于施膠壓榨涂布、計量施膠壓榨涂布、蓄液(puddle)施膠壓榨涂布、狹縫式模頭擠出涂布、幕涂、刮涂、邁耶棒式涂布、噴涂、浸涂、級聯(lián)涂布、輥涂、凹版涂布、氣刀涂布、鑄涂和壓光輥組。在一些實例中，例如在制造的表面施膠階段和/或涂布階段期間，使用在線施膠機(jī)或涂布站與造紙機(jī)施加圖像接收組合物。在一些實例中，圖像接收涂層可以代替表面施膠的中間涂層。
[0038]制備介質(zhì)的方法(200)進(jìn)一步包括對涂布的紙幅進(jìn)行在線或離線壓光(250)以形成介質(zhì)。例如，壓光工藝可以在圖像接收層干燥之后進(jìn)行以改善表面平滑度和光澤度。壓光工藝可以包括硬棍壓光機(jī)(hardnip calender)、超級壓光機(jī)或熱軟棍壓光機(jī)。在一些實例中，平滑度和光澤度的目標(biāo)值可以使用在線硬輥或熱軟壓光機(jī)與造紙機(jī)實現(xiàn)。將介質(zhì)卷繞成大卷，其可被切割并再卷繞成與在數(shù)字高速噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷中使用兼容的尺寸的卷，并且可以在運輸期間被包裹來加以保護(hù)。根據(jù)本文描述的方法(200)制備的介質(zhì)具有小于2.0的MD/⑶TSI比和大于300J/Kg的⑶殘余TEA指數(shù)以促進(jìn)在線或離線數(shù)字高速噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷和整理。該介質(zhì)卷可以用于制備具有高印刷和整理質(zhì)量和低生產(chǎn)成本的印刷材料，例如書籍、雜志、新聞紙和宣傳冊。
[0039]在一些實例中，根據(jù)本文描述的原理的介質(zhì)的紙基具有大于約600J/Kg或大于等于約700J/Kg的TEA指數(shù)。在一些實例中，所述紙基具有大于約500 J/Kg，或大于約800J/Kg，或大于約1000 J/Kg，或等于約1200 J/Kg的⑶TEA指數(shù)。在一些實例中，所述紙基具有大于400 J/Kg,或大于約500 J/Kg,或等于或大于約600 J/Kg的殘留TEA指數(shù)。在一些實例中，所述紙基具有大于約700 J/Kg,或大于約850 J/Kg,或等于約1000J/Kg的CD殘余TEA指數(shù)。此外在這些實例中，根據(jù)本文描述的原理的介質(zhì)具有大于700 J/Kg，或大于約800 J/Kg，或大于約900 J/Kg，或等于約1000 J/Kg的⑶TEA指數(shù)。在一些實例中，該介質(zhì)具有大于600 J/Kg的MD TEA指數(shù)。在一些實例中，該介質(zhì)具有大于約60J/Kg，或大于約70J/Kg的MD殘余TEA指數(shù)。在一些實例中，該介質(zhì)具有大于300J/Kg和小于約500J/Kg的⑶殘余TEA指數(shù)。
[0040]在一些實例中，根據(jù)本文描述的原理的介質(zhì)的紙基具有從大于500J/Kg至約1200J/Kg范圍內(nèi)的TEA指數(shù)。在一些實例中，所述紙基具有約400J/Kg至約1000J/Kg范圍內(nèi)的殘余TEA指數(shù)。此外，在這些實例中，根據(jù)本文描述的原理的介質(zhì)具有從大于700J/Kg至約1000J/Kg范圍內(nèi)的⑶TEA指數(shù)。在一些實例中，該介質(zhì)具有從大于約60J/Kg至約80J/Kg范圍的MD殘余TEA指數(shù)。在一些實例中，該介質(zhì)具有從大于約300J/Kg至約485J/Kg范圍內(nèi)的⑶殘余TEA指數(shù)。
實施例
[0041]除非另有說明，所有的測量值均在所使用設(shè)備的測量公差內(nèi)。
[0042]紙基介質(zhì)樣品:使用100份纖維混合物一起在水中制造紙介質(zhì)，所述纖維混合物包含約31份軟木漂白硫酸鹽紙漿、25份硬木漂白硫酸鹽紙漿、17份硬木漂白化學(xué)-熱機(jī)械(BCTMP)紙漿和27份回收的纖維和紙機(jī)損紙。軟木和硬木硫酸鹽紙漿均使用雙盤磨漿機(jī)單獨打漿以達(dá)到目標(biāo)抗拉強(qiáng)度和目標(biāo)抗拉能量吸收并且以上述比例與其它纖維混合。將內(nèi)部陽離子淀粉Sta-Lok? 300以纖維重量的1.15%的劑量率添加到纖維配料中以進(jìn)一步提高紙的強(qiáng)度。此外，將Omya-fil? GCC無機(jī)填料添加到纖維配料中達(dá)到約11%的目標(biāo)灰含量(在線測得)以提高不透明度、亮度和白度。將內(nèi)施膠劑ASA使用陽離子淀粉以1-4的比例乳化，并且以纖維重量的0.64%的總劑量率添加到纖維配料中。此外，將其它的添加劑例如用于顏色調(diào)節(jié)的OBA和染料，用于操作效率的助留/助濾劑和殺生物劑添加到最終原料中。
[0043]使用商業(yè)長網(wǎng)造紙機(jī)(Fourdrinier paper machine)制備紙基介質(zhì)。以1.01的漿網(wǎng)速比將非常低稠度(consistency) (0.5%)的漿料從流漿箱中噴出，隨后通過過濾將水除去，擠壓并且干燥以連續(xù)形成紙基的幅材。初始的幅材排干水并且穿過大的輥以除去更多的水和保證半干紙幅的平滑度和均勻的厚度。使半干的紙幅穿過造紙機(jī)的蒸汽加熱干燥器以除去殘留水并在紙幅(即，紙基介質(zhì))中獲得4.7%的最終水分目標(biāo)?！皟H紙基”的紙介質(zhì)樣品由所述紙幅產(chǎn)生。此外，“涂布”的紙介質(zhì)樣品如以下進(jìn)一步描述的由紙幅產(chǎn)生。
[0044]圖像接收層組合物:制備了包含以下材料和含量的圖像接收組合物:國像接收組合物-成分:份 I
【權(quán)利要求】
1.在數(shù)字高速噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷中使用的介質(zhì)，該介質(zhì)包括: 具有小于2.0的MD/CD抗拉剛度指數(shù)比和大于500J/Kg的抗張能量吸收指數(shù)的紙基，所述紙基包含:
軟木纖維與硬木纖維之比在3:7至7:1范圍內(nèi)的纖維的混合物；
陽離子淀粉與纖維之比大于1.0%的內(nèi)部淀粉；和
在紙基重量的約1.0%至約12.0%范圍內(nèi)的填料；和 在所述紙基側(cè)面上的圖像接收層，其中所述介質(zhì)具有大于300J/Kg的CD殘余抗張能量吸收指數(shù)。
2.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述介質(zhì)具有小于或等于約75克/平方米的紙張定量。
3.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述陽離子淀粉與纖維之比在1.10%至約5.0%的范圍內(nèi)。
4.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述內(nèi)部淀粉的量在纖維重量的1.10%至約11%的范圍內(nèi)。
5.權(quán)利要求1的介質(zhì),其中所述纖維混合物包含約25%至約35%范圍內(nèi)的軟木化學(xué)紙漿，約20%至約30%范圍內(nèi)的硬木化學(xué)紙漿，和總量在約0%至約50%范圍內(nèi)的的機(jī)械紙漿、混合紙漿和回收紙漿，其中在纖維混合物中軟木的總量為至少30%。
6.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述纖維混合物包含約30%的軟木化學(xué)紙漿，約25%的硬木化學(xué)紙漿，約18%的混合紙漿和約25%的回收紙漿，使得在所述纖維混合物中軟木的總量大于30%。
7.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中最多約15%的纖維混合物是回收紙漿和/或最多10%的纖維混合物是機(jī)械紙漿和/或混合紙漿`。
8.權(quán)利要求1的介質(zhì),其中軟木纖維與硬木纖維之比包括約6至約5的軟木硫酸鹽紙漿與硬木硫酸鹽紙漿之比。
9.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述紙基具有各自大于500J/Kg的MD殘余抗張能量吸收指數(shù)和CD殘余抗張能量吸收指數(shù)。
10.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述紙基和介質(zhì)各自具有大于800J/Kg的CD抗張能量吸收指數(shù)。
11.高速噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷中使用的介質(zhì)，所述介質(zhì)包括: 具有大于600J/Kg的抗張能量吸收指數(shù)的紙基，其包含:
軟木纖維與硬木纖維之比在3:7至1:1范圍內(nèi)的纖維的混合物；
陽離子淀粉與纖維之比大于1.0%且小于等于約5.0%的內(nèi)部淀粉；
足以獲得小于約12.0%的灰含量的量的填料；和
總量在纖維重量的約0.0075%至約9.0%范圍內(nèi)的一種或多種試劑和添加劑；和 在所述紙基的兩側(cè)上的油墨接收層， 其中所述介質(zhì)和紙基各自具有小于2.0的MD/CD抗拉剛度指數(shù)比和大于800J/Kg的CD抗張能量吸收指數(shù)。
12.權(quán)利要求11的介質(zhì)，其中所述纖維混合物進(jìn)一步包含回收紙漿、混合紙漿和機(jī)械紙漿中的一種或多種，其量各自在約10%至約30%的范圍內(nèi)。
13.權(quán)利要求11的介質(zhì)，其中所述紙基具有等于或大于600J/Kg的殘余抗張能量吸收指數(shù)。
14.權(quán)利要求11的介質(zhì)，其中所述介質(zhì)具有大于60J/Kg的MD殘余抗張能量吸收(TEA)指數(shù)和大于300J/Kg的⑶殘余TEA指數(shù)。
15.制備用于高速噴墨卷筒紙印刷機(jī)印刷介質(zhì)的方法，該方法包括: 形成漿料，其包含軟木纖維與硬木纖維之比為3:7至7:1，陽離子淀粉與纖維之比大于`1.0%的內(nèi)部淀粉，和漿料重量的約1.0%至約12.0%的填料； 將所述漿料以約1.0的漿網(wǎng)速比噴射到移動絲網(wǎng)上以形成初始紙幅； 以制備用于表面施膠和涂布的紙幅的方式從初始紙幅中除去水，所述紙幅具有大于500J/Kg的抗張能量吸收指數(shù)和小于2.0的MD/⑶抗拉剛度指數(shù)比； 對所述紙幅在一側(cè)或兩側(cè)上涂布在具有圖像接收層的；和 對涂布的紙幅進(jìn)行壓光以形成介質(zhì)，其中所述介質(zhì)具有大于300J/Kg的CD殘余抗張能量吸收指數(shù)。`
【文檔編號】B41M5/00GK103502018SQ201180070448
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】L.帕爾, J.斯維, G.T.根蒂勒, S.K.班加魯 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)