專利名稱：多層涂布紙或涂布紙板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂布紙和涂布紙板的制造方法。此外，本發(fā)明涉及用于如下應用的多層涂布紙和涂布紙板的制造方法，在這些應用中，含顏料或不含顏料的功能涂層或添加劑構(gòu)成一層或多層涂布層。
在制造印刷紙的時候，通常使用比如在高于1000m/min的高線速度下的刮刀式、棒式或反轉(zhuǎn)輥式涂布方法，涂布具有比感光溶液或乳液高得多固體含量和粘度的含顏料涂料組合物。隨后通常使用這些方法中的任何一種或者全部，在移動的紙張或紙板的表面上涂布含顏料的涂層。
然而，這些涂布方法中的每一種本身都具有其固有的一系列問題，這些問題使得被涂布表面的質(zhì)量低劣。在使用刮刀式涂布法的情況下，顆粒在刮刀下堆積可能會導致涂層產(chǎn)生條紋，這就降低了涂布紙或涂布紙板的質(zhì)量。另外，必須施加在刮刀上以達到所需涂布重量的高壓，會在基材上產(chǎn)生很大的應力，可能會導致基材片的斷裂，造成生產(chǎn)效率降低。再有，由于含顏料涂料是高磨耗性的，必須定期更換刮刀以保持涂層表面的平整性。還有，基材表面的不規(guī)則性會影響在紙張或紙板基材表面上涂層的分布。在整個紙張或紙板表面上涂層分布不均勻可能會導致表面外觀產(chǎn)生斑紋或雜點，這可能引起印刷質(zhì)量變差。
棒式(桿式)涂布法對將要涂布的含顏料涂料色料的固體含量和粘度具有限制。用棒式涂布法涂布的含顏料涂料，其固體含量和粘度一般要低于用刀式涂布法涂布的含顏料涂料色料。因此，對于棒式涂布法，不可能自由地改變能夠涂布在紙張基材或紙板基材表面上的涂布量。當涂料的固體含量、粘度和涂布重量等參數(shù)不平衡時，可能會導致涂布紙或涂布紙板表面質(zhì)量不希望的降低。再有，由于含顏料涂料對棒造成的磨耗，要求定期更換棒，以保持涂料表面的平整性。
輥式涂布法是一種特別復雜的在紙張和紙板上涂布含顏料涂料的方法，其中與基材的表面特征、基材孔隙率、涂料的固體含量和涂料粘度有關(guān)的操作參數(shù)的范圍很窄，對每個操作速度和每個要達到的所需涂料重量，都必須觀察這些特性。這些變量之間的不平衡可以在紙張或紙板的表面上導致不平整的裂膜花紋，這可能造成印刷的結(jié)果變差，或者隨著紙片離開涂布夾而逸出涂料的小液滴。如果這些液滴再次沉積在紙片表面上，會導致印刷的結(jié)果變差。再有，使用輥式涂布法時在一道涂布當中能夠涂布在紙張或紙板表面上的最大涂布量一般小于在刮刀式或棒式涂布法中一道當中的最大涂布量。在高涂布速度時，這個涂布重量的限制特別明顯。
此外，所有這些方法的共同之處在于，由于紙張具有不規(guī)則的表面，具有突起和凹陷的部分，而涂布在紙張的突起和凹陷部分的涂布液的量是不同的。因此，沿著涂布紙的表面的涂料厚度和吸油墨性能都會發(fā)生變化，導致印刷圖像的不規(guī)則性。盡管有這些缺點，但由于可以達到很高的線速度而具有特別的經(jīng)濟性，這些涂布方法在造紙工業(yè)中仍然是占優(yōu)勢的方法。
日本專利申請JP-94-89437、JP-93-311931、JP-93-177816、JP-93-131718、JP-92-298683、JP-92-51933、JP-91-298229、JP-90-217327和JP-8-310110以及EP-A 517,223都公開了使用幕式淋涂法在移動的紙張表面上涂布一種或幾種含顏料涂料的方法。更具體說，現(xiàn)有技術(shù)涉及到(i)使用幕式淋涂法在基紙基材上涂布單層含顏料涂層，得到紙張的單層含顏料涂層；(ii)使用幕式淋涂法在基紙基材上涂布單層含顏料底涂層，然后再使用刮刀式涂布法涂布單層含顏料表涂層。因此，通過先后涂布含顏料涂料得到了紙張的多層含顏料涂層；(iii)使用幕式淋涂法在預先用刮刀式涂布法或計量輥式涂布法涂布了含顏料預涂層的基紙基材上涂布單層含顏料表涂層。這樣通過先后涂布含顏料涂料得到了紙張的多層含顏料涂層；(iv)使用幕式淋涂法在基紙基材上涂布兩層單層特殊含顏料涂層，使得這兩個單層是在相繼的方法中涂布的。由此通過先后涂布含顏料涂料而得到紙張的多層含顏料涂層。
如在上面所討論的現(xiàn)有技術(shù)中公開的，使用幕式淋涂法在移動的卷筒紙張表面上涂布單層含顏料涂層，據(jù)說與用傳統(tǒng)手段相比提供了制造優(yōu)質(zhì)涂布紙表面的機會。然而，使用幕式淋涂技術(shù)相繼涂布單層的含顏料涂料受到幕式淋涂法動力學的制約。特別是，在涂布速度低于當前傳統(tǒng)涂布法所使用的速度時，由于在高涂布速度下簾幕變得不穩(wěn)定，只能得到輕的涂布重量，會得到不良的涂布表面的結(jié)果。因此，傳統(tǒng)的制造多層涂布紙和涂布紙板的方法還是應用刀式法、棒式法或輥式計量法。然而，無論用如上所述的任何一種涂布方法，在連續(xù)的涂布工位中，在紙張或紙板上先后涂布單層含顏料涂料，由于所需的涂布工位的數(shù)目、所需的輔助硬件的量，比如驅(qū)動裝置、干燥器等和容納機器所需的空間，致使此涂布上述仍然是投資密集型的方法。
在此作為功能產(chǎn)品敘述的，接受一種含有用來賦予功能特性，比如阻隔性、可印性、光學性能如顏色、亮度、遮光性、光澤等、隔離性能和粘接性能的添加劑的涂布紙和涂布紙板及其涂層，可以被認為是功能涂層。賦予這些性能的涂層組分也可以被看作是功能添加劑。功能產(chǎn)品包括諸如自粘紙、印花紙、壁紙、有機硅隔離紙、食品包裝紙、防油脂紙、耐濕紙、飽和膠粘帶背紙等。
用于同時涂布多層的幕式淋涂法是公知的，在USP-3,508,947和3,632,374中敘述了用于在卷紙和塑料卷片上涂布感光組合物。但是感光溶液或乳液的粘度低、固體含量也低，而且是用低的涂布速度涂布。
除了在照相中的應用以外，在制造壓敏謄寫紙的現(xiàn)有技術(shù)中，用幕式淋涂法進行多層涂層的涂布也是已知的。比如，USP-4,230,743在一個實施方案中公開了在移動的基材片上同時涂布含有微膠囊作為主成分的底涂層和含有彩色顯影劑作為主成分的第二層的方法。但是據(jù)報道，得到的紙張與用先后涂布各層的方法制造的紙張具有同樣的特性。再者，所述的含有顯影劑的涂料組合物，在22℃下具有10～20cp的粘度。
JP-A-10-328,613公開了用幕式淋涂法在卷紙上同時涂布兩個涂層制造噴墨打印紙的方法。按照此參考文獻公開所涂料的組合物是具有大約8wt％的極低固體含量的水溶液。再有，加入了增稠劑以達到非牛頓行為的涂布溶液。JP-A-10-328613的實施例顯示出，只有在線速度低于400m/min時才能達到可接受的涂層質(zhì)量。此涂布方法低操作速度不適合于經(jīng)濟地制造打印紙，特別是商品打印紙。
現(xiàn)有技術(shù)告訴我們，在高速下進行連續(xù)涂布時關(guān)鍵的要求是，沖擊移動卷紙的降落簾幕的動能要足夠高，以使邊界層的空氣移開并使卷紙潤濕，從而避免空氣的夾帶效應。升高簾幕的高度和/或增加涂料的密度都可以實現(xiàn)這一點。因此，用高速幕式淋涂法涂布低密度的涂料，比如含有合成聚合物顏料以改善其光澤的功能涂料，即光澤涂料，由于低密度材料的動能也低，同時由于增加簾幕高度受到難以保持穩(wěn)定而均勻的簾幕，因而據(jù)說是很困難的。
雖然使用傳統(tǒng)的涂布技術(shù)和/或如上所述的幕式淋涂法進行先后涂布的步驟能夠?qū)崿F(xiàn)某些改善，還是希望在得到的涂布紙或涂布紙板的印刷質(zhì)量和涂布方法的經(jīng)濟性方面有進一步的改進。
在本發(fā)明的一個實施方案中，本發(fā)明是一種方法，該方法包括形成一個多層復合自由流動的簾幕，該簾幕的固體含量至少為45wt％，以及使該簾幕與連續(xù)的基紙或基紙板的卷狀基材相接觸。
本發(fā)明還包括一種方法，該方法包括形成一個多層復合自由流動的簾幕，以及使該簾幕與連續(xù)的基紙或基紙板卷狀基材相接觸，該卷狀基材的速度為至少1400m/min。
本發(fā)明進一步包括一種制造多層涂布紙和涂布紙板的方法，這些紙和紙板特別適合于印刷、包裝和貼標簽的目的，但不包括照相紙和壓敏謄印紙，其中在自由落下的復合簾幕中形成至少兩層選自含水乳液或含水懸浮液的液體層，而且用該復合涂布簾幕來涂布基紙或基紙板的連續(xù)卷材。
在另一個實施方案中，本發(fā)明包括一種涂布方法，該方法包括使移動的卷紙與具有至少45wt％固體含量的復合簾幕接觸，其中該簾幕具有至少兩個組分層，其中第一層的方向使得它與卷材直接接觸，其涂布重量為大約0.1～大約60g/m2，基于第一層的總組成，它含有大約0.2～大約10wt％的聚乙烯醇，其中該第一層以外的至少一層含有顏料和粘合劑，而且其中表層任選地含有光澤添加劑。
在另外一個實施方案中，本發(fā)明包括具有按照本發(fā)明的加工方法或工藝中任何一種的方法得到的至少兩層涂層的紙張或紙板。此外，本發(fā)明包括一種涂布印刷紙，其中的涂層至少有3層，總涂層重量最多為10g/m2。
正如在本文中所使用的，術(shù)語“紙張”也包括紙板，除非從使用該術(shù)語的上下文能夠清楚地理解不包括這樣的結(jié)構(gòu)。術(shù)語“不包括照相紙和壓敏謄印紙”應該理解為，在實施本發(fā)明時使用的各個簾幕層中都不含有銀化合物，而且各層都不在單一的層或不同層中含有微膠囊發(fā)色劑和顯色劑的組合。
按照本發(fā)明可以使用幕式淋涂裝置同時涂布簾幕層，該裝置滑動噴嘴的安裝使得能夠輸送多個液體層，以形成連續(xù)的多層簾幕。另外，在實施本發(fā)明時可以使用具有幾個相鄰擠出嘴的擠出型供給頭(supplying head)，比如狹縫模(slot die)或噴嘴。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，形成自由落下簾幕的簾幕層中至少一個含有顏料。在制造用于印刷目的的紙張時，該涂布層中優(yōu)選至少兩層含有顏料。另外，可以有不含顏料的用于改善諸如光澤或平整性等表面性能的表層存在。為了制造商品印刷紙，對于大多數(shù)目的來說，具有兩個含顏料層的涂層是足夠的。
本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，與用在現(xiàn)有技術(shù)中敘述的傳統(tǒng)涂布方法，比如刮刀式、棒式、輥式或單層幕式淋涂法所制造的多層涂布紙或涂布紙板相比，具有至少兩層同時涂布在表面上的含顏料涂層的多層涂布紙或涂布紙板具有優(yōu)異的涂層表面印刷性能。
本發(fā)明的涂布簾幕包括至少兩層，優(yōu)選包括至少3層。這些簾幕層可包括涂布層、界面層和功能層。簾幕具有底層，即界面層、表層和任選的一層或多層內(nèi)層。每一層都含有乳液、懸浮液或溶液。
簾幕優(yōu)選包括至少一個涂布層。涂布層優(yōu)選包括顏料和粘合劑，其配方可以和傳統(tǒng)的紙張涂布配方相同或者不同。如同在紙張涂料的先有技術(shù)中已知的，涂布層的主要功能是覆蓋基材紙張的表面。在工業(yè)上指定作為涂料色料的傳統(tǒng)紙張涂料配方可用做涂布層。在本發(fā)明的方法中可以使用的顏料的例子包括黏土、高嶺土、滑石粉、碳酸鈣、二氧化鈦、緞光白、合成聚合物顏料、氧化鋅、硫酸鋇、石膏粉、二氧化硅、三水合氧化鋁、云母粉和硅藻土。特別優(yōu)選高嶺土、滑石粉、碳酸鈣、二氧化鈦、緞光白和包括中空聚合物顏料的合成聚合物顏料。
在實施本發(fā)明時使用的粘合劑包括比如苯乙烯-丁二烯膠乳、苯乙烯-丙烯酸酯膠乳、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈膠乳、苯乙烯-馬來酸酐膠乳、苯乙烯-丙烯酸酯-馬來酸酐膠乳、多糖、蛋白質(zhì)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、纖維素和纖維素衍生物。優(yōu)選的粘合劑的例子包括羧基化苯乙烯-丁二烯膠乳、羧基化苯乙烯-丙烯酸酯膠乳、羧基化苯乙烯-丁二烯-丙烯腈膠乳、羧基化苯乙烯-馬來酸酐膠乳、羧基化多糖、蛋白質(zhì)、聚乙烯醇和羧基化聚醋酸乙烯酯膠乳。多糖的例子包括瓊脂、海藻酸鈉和包括改性淀粉比如熱改性淀粉、羧甲基化淀粉、羥乙基化淀粉和氧化淀粉的淀粉。適合用于本發(fā)明方法中的蛋白質(zhì)的例子包括白蛋白、大豆蛋白和酪蛋白。
涂布層的適當涂布重量為3～30g/m2，優(yōu)選為5～20g/m2?；诤熌恢型坎紝拥闹亓?，涂布層的適當固體含量為至少50％，優(yōu)選為60～75％。涂布層的粘度優(yōu)選為不小于3,000cp，更優(yōu)選為200～2,000cp。除非另有規(guī)定，在本文中的粘度指的是在25℃下以100rpm的芯軸轉(zhuǎn)速測得的Brookfield粘度。
界面層是與待涂布的基材接觸的一層。界面層的一個重要功能是促進基層紙的浸潤。界面層可具有多種功能。比如它可提供浸潤性能和改善的功能性能，比如膠粘性、施膠性、剛性或這些功能的組合。該層優(yōu)選是一個比較薄的層。適當?shù)慕缑鎸拥耐坎贾亓渴?.1～4g/m2，優(yōu)選為1～3g/m2?；诤熌恢薪缑鎸拥闹亓?，適當?shù)慕缑鎸庸腆w含量為0.1～65％。在一個實施方案中，界面層具有比較低的固體含量，優(yōu)選為0.1～40％。在另一個實施方案中，界面層具有比較高的固體含量，優(yōu)選是45～65％。實施界面層的一個方法是使用比較低固體含量的主涂布層。使用比較低固體含量主涂布層的優(yōu)點是對最終的涂料性能有盡可能小的影響。適當?shù)慕缑鎸拥恼扯仁侵辽?0cp，優(yōu)選至少100cp，更優(yōu)選是至少200cp，更加優(yōu)選是230～2,000cp。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，界面層包括下面各種成分中的一種或幾種分散液，比如膠乳，包括可堿溶漲膠乳、淀粉和聚(乙烯丙烯酸)共聚物的共混物等；或者是水溶性聚合物，比如聚乙烯醇、淀粉、堿溶性膠乳、聚環(huán)氧乙烷或聚丙烯酰胺。聚乙烯醇是界面層的優(yōu)選組分。界面層可任選是含顏料的，對幕式淋涂法，這是優(yōu)選的。
本發(fā)明的簾幕可包括一層或幾層功能層。功能層的目的是賦予涂布紙所需的功能?？蓪δ軐舆M行選擇，以提供比如印刷性、比如水分阻隔性、油阻隔性、氣體阻隔性和氧阻隔性的阻隔性、紙板的剛性、耐折疊開裂性、紙張施膠性、剝離性、膠粘性和光學性能，比如顏色、亮度、遮光性、光澤等。具有很粘特性的功能涂料一般不用傳統(tǒng)的相繼涂布法涂布，因為粘性的涂料材料具有把基材粘結(jié)到導輥或其他涂布設(shè)備上的傾向。另一方面，同時多層涂布法可以把此功能涂層放置在表層的底下，這就防護了功能涂料不與涂布機接觸。
根據(jù)所需的功能不同，功能層的固體含量可在很寬的范圍內(nèi)變化?；诠δ軐拥目傊亓?，本發(fā)明的功能層的固體含量優(yōu)選為至高75％，粘度至高3,000cp，優(yōu)選50～2,000cp。功能層的涂布重量優(yōu)選為0.1～10g/m2，更優(yōu)選為0.5～3g/m2。在某些情況下，比如當使用染料層時，功能層的涂布重量可小于0.1g/m2。
本發(fā)明的功能層可含有比如乙烯-丙烯酸聚合物、聚乙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、聚酯、其他聚烯烴、膠粘劑，比如苯乙烯-丁二烯膠乳、苯乙烯-丙烯酸酯膠乳、羧基化膠乳、淀粉、蛋白質(zhì)等聚合物、施膠劑，比如淀粉、苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、羧基化纖維素等、隔離劑，比如聚硅氧烷、蠟等。功能層可包括，但不限于包括如上所述用于涂布層的顏料或粘合劑。如果需要，在簾幕的一層或幾層當中可使用一種或多種添加劑，比如分散劑、潤滑劑、保水劑、交聯(lián)劑、表面活性劑、光學增亮劑、顏料染料或含顏料劑、增稠劑、消泡劑、抗泡劑、殺蟲劑或可溶性染料或含顏料劑等。
對于本發(fā)明的目的，距離基材最遠的層稱為表層。此層一般是將在上面印刷的層，雖然本發(fā)明的涂布紙也可能用傳統(tǒng)的手段，比如桿式、刮刀式、輥式、棒式或空氣刀涂布技術(shù)進一步涂布。表層可以是涂布層，也可以功能層，包括光澤層。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，表層是很薄的，其涂布重量為比如0.5～3g/m2。這可以有利地在表層底下使用廉價的材料，同時仍然得到具有良好印刷性能的紙張。在一個實施方案中，表層不含無機顏料。
按照一個特別優(yōu)選的實施方案，表層含有增光配方。增光配方和同時多層幕式淋涂的組合把幕式淋涂法的優(yōu)點和良好的光澤結(jié)合在一起。
在本發(fā)明中使用的增光配方包括增光添加劑，比如合成聚合物顏料，包括由比如苯乙烯、丙烯腈和/或丙烯酸單體聚合而得到的中空聚合物顏料。此合成聚合物顏料的玻璃化溫度為40～200℃，更優(yōu)選為50～130℃，顆粒度為0.02～10μm，更優(yōu)選為0.05～2μm。基于固體的重量，增光配方含有5～100wt％的增光添加劑，更優(yōu)選為60～100wt％。另一類增光配方含有增光清漆，比如基于環(huán)氧丙烯酸酯、聚酯、聚酯丙烯酸酯、聚氨酯、聚醚丙烯酸酯、松脂油、硝基纖維素、聚酰胺、乙烯基類共聚物和各種形式的聚丙烯酸酯的清漆。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，表層的粘度大于20cp。優(yōu)選的粘度范圍是90～2,000cp，更優(yōu)選是200～1,000cp。
當簾幕具有至少3層時，那么它具有至少一個內(nèi)層。只要能夠保持一個穩(wěn)定的簾幕，內(nèi)層的粘度并不關(guān)鍵。優(yōu)選至少一個內(nèi)層的粘度為至少200cp，在具有至少4層的簾幕的情況下，至少2個內(nèi)層優(yōu)選具有至少200cp的粘度。內(nèi)層優(yōu)選是功能層或涂布層。當有多于一個內(nèi)層存在時，可以使用功能層和涂布層的組合。比如，該內(nèi)層可以包括相同或不同的功能層的組合、相同或不同涂布層的組合，或者涂布層和功能層的組合。
界面層、表層和任選的內(nèi)層都包括本發(fā)明的復合自由降落簾幕?；谠摵熌坏目傊亓?，該復合簾幕的固體含量在20～75wt％之間。按照一個優(yōu)選的實施方案，基于涂布層的總重量，形成復合自由降落簾幕的層當中至少一層的固體含量高于60wt％。在本發(fā)明的一個實施方案中，復合簾幕的固體含量為至少45wt％，更優(yōu)選為至少55wt％，甚至更優(yōu)選為至少60wt％。雖然在復合簾幕中可使用很薄的層，但簾幕的總固體含量和涂布重量優(yōu)選如在本節(jié)中所規(guī)定。與照相紙或壓敏謄寫紙的現(xiàn)有技術(shù)相反，即使在高的涂布速度下，本發(fā)明的方法也可以用具有很寬粘度范圍和很高固體含量的簾幕層來實施。
本發(fā)明的方法有利地使改變多層復合結(jié)構(gòu)中各層的組成和相對厚度成為可能。根據(jù)要生產(chǎn)的紙張的級別不同，此多層的組成可以是相同的，也可以是不同的。比如，在一個多層簾幕中，靠近基紙用于粘接的薄層可以與用來提供片材本體的厚的內(nèi)層和用來優(yōu)化印刷性能的很薄的表層相結(jié)合，提供一種復合的結(jié)構(gòu)。在另一個實施方案中，可使用專門用來增強覆蓋性能的內(nèi)層。在多層復合結(jié)構(gòu)中可變涂布重量的各層的其他實施方案包括作為復合涂層的表層、內(nèi)層或底層中至少一種的小于2g/m2的薄層。使用本發(fā)明的方法，可以在基紙的一面或者雙面上涂布涂層。
本發(fā)明的方法擴展了紙張涂布技術(shù)的極限，賦予涂布紙的生產(chǎn)者空前的靈活性。比如能夠制造出具有個別簾幕層涂布重量的涂布紙，此涂布重量遠遠低于或者高于通過傳統(tǒng)方法所得到的涂布重量。使用本發(fā)明的方法，能夠制造出具有各種很薄層的簾幕，這將導致得到具有許多很薄涂層的紙張。本發(fā)明方法的再一個優(yōu)點是每一層都能夠?qū)ｉT配方用于專門的目的。
本發(fā)明的特別的優(yōu)點是，通過用幕式淋涂法同時涂布至少兩個涂布層，即使在很高的涂布速度下，也能夠得到很薄的層，換句話說得到各層涂布重量很低的層。比如，在復合簾幕中每層的涂布重量可以為0.1～10g/m2，更優(yōu)選為0.5～3g/m2。每一層的涂布重量可以和其他層相同，或者與其他層有很大不同，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)許多種組合。
本發(fā)明的方法能夠生產(chǎn)具有很寬涂布重量范圍的紙張。在得到的紙張上涂層的涂布重量優(yōu)選為3～60g/m2。在本發(fā)明的一個實施方案中，涂層的總涂布重量小于20g/m2，優(yōu)選小于15g/m2，更優(yōu)選小于12g/m2。
在本發(fā)明的一個實施方案中，表層的涂布重量低于與基紙或基紙板接觸的層的涂布重量。表層的涂布重量優(yōu)選小于與基紙或基紙板接觸層涂布重量的75％，更優(yōu)選小于50％。因此，在紙張和紙板的涂布操作中實現(xiàn)更大的涂布原料效率。在另一個實施方案中，表層的涂布重量高于其下各層的涂布重量。與傳統(tǒng)的涂布方法不同，本發(fā)明的同時多層涂布法允許在較昂貴的原料組成的極薄表層的下面使用很大量的比較廉價的原料，而不會損害最終涂布產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，本發(fā)明的方法能夠制造出過去從未制造過的紙張。比如在簾幕中可包括粘性的功能內(nèi)層。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在輕重量涂布(LWC)紙的領(lǐng)域中。傳統(tǒng)的LWC涂布法能夠涂布不小于大約5g/m2的單涂布層。本發(fā)明的方法能夠在紙張上同時涂布多個層，同時還保持LWC紙的低涂布重量。這就賦予紙張制造商前所未有的可能產(chǎn)品范圍，包括比如能夠制造具有功能涂層的LWC紙張。
哪個實施方案都沒有涉及到的本發(fā)明的一個明顯的優(yōu)點是，本發(fā)明的方法可以以很高的涂布速度進行，迄今為止在制造印刷紙時，只是使用刮刀式、棒式或輥式涂布法才能達到這樣的高速度。在本發(fā)明的方法中通常使用的線速度高于400m/min，優(yōu)選高于600m/min，比如600～3,200m/min，更優(yōu)選至少800m/min，比如800～2,500m/min。在本發(fā)明的一個實施方案中，線速度，即基材的移動速度為至少1,400m/min，優(yōu)選至少1,500m/min。
通過使用其中與低密度層一起使用高密度層的同時多層涂布法，在高涂布速度下用幕式淋涂法能夠涂布低密度的涂料。此外，本發(fā)明的同時多層幕式淋涂法允許使用專門用于促進浸潤基材或促進使高固體含量涂料平整化的涂布層，以進一步提高高速操作的紙張和紙板涂布窗口。
本發(fā)明的再一個優(yōu)點是，提供了一個多層涂布紙的制造方法，該方法不需要象現(xiàn)在的傳統(tǒng)多層涂布法，如刮刀式法、棒式法和輥式法所需的同樣高的投資、同樣多的輔助硬件或同樣大的空間。


圖1是幕式簾涂裝置1的說明性斷面圖，該裝置具有滑動噴嘴裝置2，用于輸送簾幕層的多股物流3，形成連續(xù)的多層簾幕4。當達到動態(tài)平衡狀態(tài)時，流入滑動噴嘴裝置2中的簾幕層的流量與流出滑動噴嘴裝置的流量達到完全平衡。自由落下的多層簾幕4與連續(xù)行進的卷材5相接觸，在該卷材上涂布上各個簾幕層的多個層。借助于輥子6在涂布區(qū)前立即改變卷材5的運動方向，以盡可能減少伴隨快速運動卷材的空氣流的影響。
圖2是同時涂布多層的涂布紙試樣的斷面電子顯微鏡照片，在涂層中可見到空氣泡。這些氣泡的形狀是圓形的，氣泡的位置被限制在與基紙相接觸的底層。這是當薄的空氣膜被夾帶在基材和侵入的涂層之間所產(chǎn)生的空氣夾帶的一個例子。此空氣膜是不穩(wěn)定的，斷裂成為小氣泡。當氣泡的尺寸和數(shù)量過大時，就出現(xiàn)了可以看見的缺陷。隨著涂布速度增大，空氣夾帶就是主要的問題，因為它最終會導致在基紙上出現(xiàn)未涂布的斑點。
圖3是同時涂布的多層涂布紙試樣斷面的電子顯微鏡照片，它顯示出由空氣夾帶所引起的涂層缺陷。在下文中把這類涂層缺陷稱為“氣穴”。當產(chǎn)生入在圖2中所示尺寸的氣穴時，此氣穴足夠大，致使在涂層上產(chǎn)生未涂布的斑點。在紙張表面上的氣穴的形狀是圓形的，而不是拉長的。這個特征可以區(qū)別由于空氣夾帶所產(chǎn)生的氣穴缺陷和在涂層中的由于涂布前脫氣沒有除去的空氣氣泡所產(chǎn)生的缺陷。
圖4是幕式簾涂紙試樣表面的電子顯微鏡照片，它顯示出在下文被稱為“氣泡凹痕”的涂層缺陷。氣泡凹痕以在紙張上形狀不規(guī)則的未涂布區(qū)域的形式出現(xiàn)，其寬度大約為0.1mm或更寬。氣泡凹痕在尺寸上大于點蝕，與圓形的點蝕不同，其形狀是不規(guī)則的。氣泡凹痕傾向于出現(xiàn)在突出的纖維前面，其方向一般垂直于涂布過程中紙張移動的方向。在比較時，點蝕(pitting)是沿著基材的方向上隨機出現(xiàn)的。另外，在同時多層幕式簾涂的情況下，各層中任何一層都可能是氣泡凹痕的來源，而點蝕源只存在于和基紙相鄰的層中。此觀察指出，氣泡凹痕是和點蝕不同的現(xiàn)象。所觀察到的形成氣泡凹痕的程度在臨界涂布速度以上呈指數(shù)增加。此臨界速度隨著特定的涂料和基紙不同而變化。氣泡凹痕的數(shù)量太多會使得涂層質(zhì)量不能接受。在氣泡凹痕嚴重的情況下，未涂布區(qū)域可超過總表面積的40％。雖然氣泡凹痕缺陷可表現(xiàn)為涂層的災難性的空氣夾帶缺損，但氣泡凹痕的形成機理與文獻中報道的經(jīng)典空氣夾帶在表現(xiàn)上是不同的。與文獻中的機理不同，氣泡凹痕是由于在涂層的最上方或在各涂層之間的界面上發(fā)生的“微斷裂”產(chǎn)生的。根據(jù)涂布條件不同，這些微斷裂可以以在干燥涂層中的微裂紋保留下來，或者可能成長而形成更大的斷裂，導致具有比較大未涂布區(qū)的氣泡凹痕。
圖5是一個氣泡凹痕斷面的電子顯微鏡照片。氣泡凹痕的形狀和尺寸都與點蝕(如在圖3中所示)不同。在圖5中還說明了在氣泡凹痕的前緣突出的表面纖維。大多數(shù)氣泡凹痕存在于靠近突出表面纖維處，而基紙的光滑度對氣泡凹痕的程度有很大的影響。意外地是，氣泡凹痕的未涂布區(qū)出現(xiàn)在突起纖維的前面，而不是在其后面。
圖6是在涂層中的微裂紋斷面的電子顯微鏡照片。與氣泡凹痕相似，這種缺陷一般位于靠近突起纖維處，其方向一般也是垂直于在涂布過程中紙張移動的方向。據(jù)認為，微裂紋的形成機理和氣泡凹痕是相同的。
圖7顯示出在4種LWC基紙上同時多層涂布紙的光學電子顯微鏡照片。圖7A～7D分別表示涂布的基紙1～4。表11中給出了這些非常不同的基紙的粗糙度。基紙1～4是在相同的涂布條件下以1500m/min的速度涂布，在實施例30中給出這些條件的細節(jié)。圖7顯示出顯示出良好的覆蓋和近于沒有氣泡凹痕的涂層，它們可在十分不同的基紙上制造出來，表現(xiàn)出同時多層幕式淋涂法的優(yōu)越性。
圖8是同時多層涂布紙的斷面電子顯微鏡照片，它顯示出涂布在較厚底層上的薄而均勻的表層。此圖說明了在傳統(tǒng)的紙張涂布速度和固體含量下，同時多層幕式淋涂法在粗糙的基材上涂布很均勻的薄層的能力同時多層幕式淋涂法的這個能力是當前任何其他涂布法所無法匹敵的。在圖7中的表層甚至僅為大約1g/m2，或者僅為總涂層的10％，這樣薄的層戲劇性地改變了涂層的光澤和印刷特性。此外，這樣薄的涂層可位于涂層的任何位置，可賦予涂布紙?zhí)厥獾墓δ苄?，比如遮光性、阻隔性、柔韌性、剛性等，使各種涂布紙性能實現(xiàn)空前的組合。
下面將參照實施例更詳細地解釋本發(fā)明。
實施例如無另外說明，所有的百分比和份都是基于重量的。
測試方法Brookfield粘度使用Brookfield RTV粘度計(Brookfield工程實驗室公司，Stoughton，Massachusetts，USA)。為了測定粘度，把600mL試樣倒入1000mL的燒杯中，在25℃下，在20和100rpm轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速下測量粘度。
氣泡凹痕程度通過目視觀察烘烤的試樣來測定氣泡凹痕的程度。使用含有10％的NH4OH的水/異丙醇(50/50)溶液。將只在單側(cè)涂布的紙在此溶液中浸泡30sec，把雙面涂布的紙在此溶液中放置60sec。在用吸墨紙除去過量的溶液后，將試樣用空氣干燥過夜。在225℃的烤箱中將其烘烤3分30秒。在烘烤過的試樣的3×3cm范圍內(nèi)借助于放大鏡(放大10倍)手工數(shù)出氣泡凹痕的數(shù)目。具有完善圓形的很小未涂布區(qū)都不算是氣泡凹痕，假設(shè)它們是由空氣夾帶在涂層中存在的微氣泡給出的點蝕。也不考慮其長軸順著機器方向(紙張移動方向)的橢圓形未涂布區(qū)，這是由于脫氣沒有除掉的在涂層配方中存在的較大氣泡產(chǎn)生的。氣泡凹痕密度只是給出單位表面的氣泡凹痕數(shù)，在這個數(shù)目中不考慮氣泡凹痕的大小。每平方厘米氣泡凹痕密度超過10的紙張是不為印刷的目的所接受的。對于不用計數(shù)測量氣泡凹痕密度的情況，使用氣泡凹痕的相對尺寸，分成極低、低、中、高和很高。對于印刷的目的，中或更高的氣泡凹痕都是不可接受的。
紙張光澤使用儀器Zehntner ZLR-1050在75°的入射角測量紙張光澤。
油墨光澤用No.8588的Lorrilleus紅色油墨在Pruefbau測試印刷裝置上進行此測試。在裝于具有鋼制印刷盤的長橡膠背襯板上的涂布紙測試條上涂布0.8g/m2(或分別涂布1.6g/m2)油墨。涂布油墨的壓力是1000N，速度是1m/秒。在20℃和最低55％的房間濕度下干燥印刷的條。然后在75°的入射角下用Zehntner ZLR-1050儀器測量光澤。
抗粘缸掉毛性(IGT)此測試是測量紙張表面接受油墨的轉(zhuǎn)移而不會發(fā)生掉毛的能力。此測試在IGT Reprotest BV公司銷售的A2型印刷性測試器上進行。在36N的印刷壓力下，用具有擺驅(qū)動系統(tǒng)的帶油墨的鋁盤和來自ReprotestBV公司的高粘度測試油(紅色)印刷涂布紙條。在完成印刷以后，在立體顯微鏡下標出開始顯示出脫墨的涂層的距離。然后將標注的距離轉(zhuǎn)變?yōu)镮GT速度曲線，從相應的驅(qū)動曲線上讀出以cm/秒為單位的速度。高速度表示高的抗粘缸掉毛性。
濕潤粘附性能在裝有潤濕室的Pruefbau測試印刷裝置上進行此測試。在分配器上將500mm3印刷油墨(根據(jù)紙張的總耐濕潤粘附性能不同用Hueberl、2、3、4油墨)分配2分鐘，在每次印刷后用60mm3油墨重新上墨。通過在分配器上放置15秒給硫化橡膠印刷盤上帶上油墨。然后在潤濕室中放入10mm3蒸餾水并將其分配在橡膠輥上。把涂布紙條安裝在橡膠背襯板上，用600N的印刷壓力和1m/秒的印刷速度進行印刷。當測試條通過潤濕室時，測試條的水浸潤了涂布紙的中心條。在從潤濕室出來以后立即在同一個測試條上印刷。在固定在橡膠背襯板上的第二個涂布紙測試條上進行印刷盤的復印，印刷壓力是400N。測量兩個測試條上的油墨密度，用于下面的公式中油墨轉(zhuǎn)移，定義為X＝(B/A)*100％油墨拒絕，定義為Y＝((100×D-X*C)/100*A)*100％，以及濕潤粘附性能，定義為Z＝100-X-Y％，其中A是在第一涂布測試條的未浸潤側(cè)條上的油墨密度；B是在第一涂布測試條的浸潤中心條上的油墨密度；C是用于在第二條上進行翻印的側(cè)條上的油墨密度，以及D是用于在第二條上進行翻印的中心條上的油墨密度。
油墨堆積在Pruefbau印刷性測試器上進行油墨堆積的測試。用商品名為Huber Wegschlagfarbe No.520068的商品油墨印刷紙條。把起始量為500mm3的油墨涂到油墨分配輥上。給鋼制印刷盤上墨，使油墨體積達到60mm3。把涂布紙條安裝在橡膠背襯板上，以1.5m/秒的速度和800N的壓力用上了油墨的鋼盤進行印刷。在10秒的延遲時間以后，再次用還是含有60mm3油墨的硫化橡膠印刷盤印刷此紙條，印刷壓力是800N。重復此操作，直至涂布紙條的表面斷裂。使涂布紙表面斷裂所需的印刷次數(shù)就是紙張表面強度的度量。
滋墨(ink mottling)進行此測試用來評價印刷不規(guī)則性的程度。在Pruefbau測試印刷裝置上，用商品名為Huber Wegschlagfarbe No.520068的測試油墨進行紙條的印刷。首先，用鋼輥涂布250mm3的油墨。然后使用硫化橡膠輥接著通過三次，在這三次通過中的每一次都再涂布30mm3油墨。為了評價滋墨，使用來自O(shè)nly Solution公司的軟件Mottling Viewer對紙條進行數(shù)字分析。首先，掃描此紙條，并把掃描轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶榷葮恕Ｈ缓笤?個不同解析度測量灰度度標強度中的偏差，這些解析度的寬度分別是0.17mm、0.34mm、0.67mm、1.34mm、2.54mm、5.1mm和10.2mm。由這些測量計算出滋墨值(MV)。結(jié)果顯示出印刷不規(guī)則的程度。數(shù)值越高表示不規(guī)則性越高。
紙張粗糙度用Parker PrintSurf粗糙度測試儀測定涂布紙表面的粗糙度。把一片涂布紙試樣夾在軟木-聚酯膜板和測量頭之間，夾持壓力1,000kPa。給儀器供給400kPa的壓縮空氣，測量在測量頭和涂布紙表面之間的空氣泄漏。數(shù)值越高表明涂布紙表面的粗糙度越高。
紙張剛件使用Kodak剛性法，TAPPI 535-PM-79測量紙張的剛性。
Cobb值此測試測量紙張的吸水性，按照由紙漿和紙張工業(yè)技術(shù)協(xié)會制定的測試程序(T-441)進行測試。把一張12.5×12.5cm預先經(jīng)過調(diào)理和稱重的紙張測量試樣夾在橡膠墊和圓形金屬環(huán)之間。此金屬環(huán)設(shè)計得使得能夠圍出100cm2的紙試樣表面。把體積100mL的去離子水倒入環(huán)中，讓紙的表面吸收預定時間的水。在預定的時間末尾，倒出過量的水，取下紙試樣，把試樣吸干再次進行稱重。計算出吸收水的量，表示為每平方米紙張吸收水的克數(shù)。數(shù)值越高表示吸水性越強。
Emco測試在Emco-DPM 27設(shè)備(購自EMCO電子測量和控制技術(shù)公司，Mommsenstrasse 2，Leipzig，Germany)上進行測試。將一個紙試樣(5cm×7cm)固定在試樣夾上的雙面膠粘帶上。試樣夾被固定在浸沒器中。釋放開連接的浸沒器和試樣夾裝置，以能夠?qū)⑵洳迦氲奖３衷?3℃裝滿蒸餾水的測量池中。在浸沒的同時開始進行超聲波透射測量并持續(xù)一段時間。用下面的超聲波通過浸沒到水中紙試樣的穿透率作為時間的函數(shù)來表征被紙吸收的水。在浸沒以后不到1秒的時間就達到了最大的透射率，這相當于紙的表面完全浸濕。按照定義取此最大值為100％的透射率。水浸入紙中導致超聲波穿過試樣的透射率降低(Rayleigh衍射)。取達到超聲波最大穿透率60％時所需的時間作為試樣吸水的特征。時間越短，吸水越快。
涂布重量由已知的向簾幕涂布頭供給涂料的泵的體積流量、在簾幕涂布頭下連續(xù)卷紙的移動速度、簾幕的密度和百分固體含量以及簾幕的寬度計算出每個紙張涂布實驗中所達到的涂布重量。
涂布密度在比重計中稱量100mL涂料試樣來測定簾幕層的密度。
配方在涂布液中使用如下的材料—碳酸鹽(A)60％的顆粒度＜2μm的碳酸鈣在水中的分散液(Hydrocarb60 ME，購自Pluess-Stauffer公司，Oftringen，Switzerland)，固體含量77％；—碳酸鹽(B)90％的顆粒度＜2μm的碳酸鈣在水中的分散液(Hydrocarb90 ME，購自Pluess-Stauffer公司)，固體含量77％；—粘土(A)80％的顆粒度小于2μm的No.2高亮度高嶺土在水中的分散液(SPS，購自Imerys公司，At.Austell，England)，固體含量66.5％；—粘土(B)98％的顆粒度小于2μm的No.1高亮度高嶺土在水中的分散液(Hydragloss90，購自J.M.Huber公司，Have de Grace，Maryland，USA)，固體含量71％；—TiO2用油吸收方法測量的比表面為21g油/100g顏料的銳鈦礦型二氧化鈦分散液(TionaAT-1，購自Milenium Inorganic ChemicalsS.A.，Thann，F(xiàn)rance)，固體含量72％；—滑石粉顆粒度分布如下的滑石粉分散液96％＜10μm；82％＜5μm；46％＜2μm(FinnatalcC10購自Mondo Minerals Oy，Helsinki，F(xiàn)inland)，固體含量65％；—合成聚合物顏料(A)體積平均顆粒度0.26μm的聚苯乙烯分散液(DPP 711，購自Dow Chemical公司，Midland，Michigan，USA)，固體含量52％；—合成聚合物顏料(B)公稱平均直徑1μm，空隙率55vol％的基于苯乙烯/丙烯酸酯共聚物的中空顆粒陰離子水分散液(RhopaqueHP 1055購自Rhom and Haas Deutschland GmbH，F(xiàn)rankfurt/Main，Deutschland)，固體含量50％；
—膠乳(A)羧基化苯乙烯-丁二烯膠乳(DL950，購自DowChemical公司，Midland，Michigan，USA)水中固體含量50％；—膠乳(B)羧基化苯乙烯-丁二烯膠乳(DL980，購自DowChemical公司，Midland，Michigan，USA)水中固體含量50％；—膠乳(C)苯乙烯-丙烯酸酯膠乳(XZ94329.04購自Dow Chemical公司，Midland，Michigan，USA)水中固體含量48％；—膠乳(D)羧基化苯乙烯-丁二烯膠乳(DL966，購自DowChemical公司，Midland，Michigan，USA)水中固體含量50％；—PU分散液聚氨酯聚合物的水分散液(SyntegraYA500，購自Dow Chemical公司，Midland，Michigan，USA)水中固體含量56％；—PE分散液乙烯-丙烯酸共聚物在水中的陰離子分散液，最低成膜溫度26℃，玻璃化溫度Tg＝4℃(TecsealE-799/35，購自Trueb Chemie公司，Ramsen，Switzerland)，固體含量35％；—PVOH15％的低分子量合成聚乙烯醇(MoWiol6/98，購自Clariant AG，Basel Switzerland)；—表面活性劑二烷基磺基琥珀酸鈉水溶液(AerosolOT，購自Cyanarmid公司，Wayne，New Jersey，USA)，固體含量75％；—淀粉熱水解改性玉米淀粉，在40℃下25％溶液的Brookfiel粘度(100rpm)為185mPa s(C-Film 07311，購自Cerestar，Krefeld，Germany)；—蛋白質(zhì)改性、低分子量、陰離子大豆蛋白聚合物，等電位pH值4.3～4.5(Procote5000，購自Dupont Soy Polymer公司，St Geyrac，F(xiàn)rance)；—增白劑(A)來自二氨基芪二磺酸的熒光增白劑(光學光亮劑)(BlankophorP購自Bayer AG，Leverkusen，Germany)；—增白劑(B)來自二氨基芪二磺酸的熒光增白劑(TinepolSPP購自Ciba Specialty Chemicals公司，Basel，Switzerland)；—DSP苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的陰離子水溶液(Dow SizingPolymer DSP7，購自Dow Chemical公司，Midland，Michigan，USA)，固體含量15％。
加入NaOH溶液(10％)，將含顏料涂料配方的pH值調(diào)節(jié)到8.5。根據(jù)需要加入水，調(diào)節(jié)配方的固體含量。
以分別在表1、2和3中給出的量混合如上所述各個成分，得到底層組合物(配方1～17)、表層組合物(配方18～41)和內(nèi)層組合物(配方42～49)。除非另有說明，全部百分比和份數(shù)都是基于重量的。
表1底層配方
NM＝未測量 NM＝未測量表1續(xù)底層配方
NM＝未測量表2表層配方
表2(續(xù))表層配方
表3內(nèi)層配方
NM＝未測量按照如下的操作步驟把這些配方涂布在紙張上。使用TrollerSchweizer Engineering公司(TSE，Murgenthal，Switzerland)制造的多層滑動模型涂布機。該幕式淋涂設(shè)備裝有用滴流水潤滑的刮刀式導向器，在剛好在涂布紙邊緣上方的導向器的底部裝有真空吸引裝置用來除去此潤滑水。另外，此簾幕涂布機裝有真空吸引裝置，從簾幕沖擊區(qū)上游的紙基材上抽掉界面的空氣。除非另外注明，簾幕的高度是300mm。在使用前將涂料配方脫氣以除掉空氣氣泡。
實施例1和比較實驗A和B為了對同時多層幕式淋涂法和單層幕式淋涂法進行比較，在3次實驗中，以900m/分的速度涂布不含木漿的基紙(87g/m2，PPS粗糙度＝5.6μm)，其中在三次當中的每一次都涂布同樣的總涂布重量，即進行先后單層涂布、同時多層涂布和一個單層涂布。
比較實驗A作為單層簾幕將底層配方1涂布在連續(xù)移動的卷紙表層一側(cè)，達到的涂布重量為10±0.2g/m2?；埖囊苿铀俣仁?00m/分。在干燥以后，用表層配方18作為單層簾幕對涂布了底涂層的紙張進行表層涂布并且干燥達到表層涂布重量10±0.2g/m2。
實施例1通過同時多層幕式淋涂法在基紙的表面一側(cè)涂布與在比較實驗A中相同的底層和表層配方，使得每一層的涂布重量都為10±0.2g/m2。使用如在比較實驗A中的條件進行干燥。
比較實驗B在基紙的表面一側(cè)以單層幕式淋涂法涂布表層配方18，達到涂布重量20±0.2g/m2。使用與在比較實驗A中相似的干燥條件進行干燥。
所有的涂布紙在同樣的條件下進行壓光，然后測試印刷性能。表4中給出一系列測量得到的結(jié)果。
表4
表4中的結(jié)果表明，與接受先后單層幕式淋涂的底涂層和表涂層相比，同時多層涂布紙具有更優(yōu)異的紙張光澤、油墨光澤、粗糙度、耐粘缸掉毛性能、油墨堆積性能和滋墨性能。再有，與接受單層幕式淋涂的比較更昂貴的20g/m2表涂層的紙張相比，同時多層涂布紙在油墨光澤、粗糙度和耐粘缸掉毛(dry pick resistance)性能上是優(yōu)異的。對于涂布紙板預期會有同樣的優(yōu)點。
實施例2和實施例3為了確定用同時多層涂布法能否制造輕重量涂布(LWC)紙，在兩次實驗中涂布含木漿基紙(46g/m2，PPS粗糙度＝7.9μm)，使得涂布的總涂布重量與用傳統(tǒng)的單層刮刀式或單層幕式淋涂中涂布的涂層相似。涂布速度是800m/分。通過改變底涂層涂布重量與表涂層涂布重量的比，但總涂布重量仍然保持不變來檢驗增加比較便宜的底涂層涂布重量和減少比較昂貴的表涂層涂布重量對涂布紙性能的影響。
實施例2在連續(xù)的基紙紙卷上同時涂布底層配方2和表層配方19，使得每一層的涂布重量都是6.5±0.1g/m2。使用與在實施例1中相似的干燥條件將涂布紙干燥。
實施例3在基紙上同時涂布底層配方2和表層配方19，使得底涂層的涂布重量為9.8g/m2，表涂層的涂布重量為3.3g/m2。如在實施例2中將涂布紙干燥。
在同樣的條件下將來自實施例2和實施例3的涂布紙壓光，然后測試印刷性能。在表5中給出了一系列實驗的結(jié)果。
表5
在表5中的結(jié)果有利地與其他方法制造的紙張性能進行了比較，明顯適合于印刷的目的。再有，實施例3顯示出，僅涂布一半在實施例2中涂布的比較昂貴的表層配方就得到了可接受的涂布紙的性能。此結(jié)果進一步顯示出，同時多層涂布能夠明顯地改變底涂層和表涂層的比例，而不會影響卷紙涂布的速度。正如在實施例3中所顯示的，在800m/min的速度下涂布3.3g/m2的涂布重量是通過單層幕式淋涂所不能達到的。
實施例4和實施例5
這是重復實施例2和實施例3，但使用無木漿基紙(87g/m2，PPS粗糙度＝5.6μm)、涂布速度是400m/分以及更高的目標總涂布重量，比如一般涂布到用傳統(tǒng)涂布法制造的雙涂布無木漿紙張和涂布紙板上。此實驗的目的是確定當把很低涂布重量的比較昂貴的表涂層涂布到具有很高涂布重量的比較便宜的底涂層上時，同時多層涂布無木漿紙能否得到可為印刷目的所接受的紙張性能。
實施例4在基紙上同時涂布底層配方2和表層配方19，使得底涂層的涂布重量為18.6g/m2，表涂層的涂布重量為6.8g/m2。
實施例5重復實施例4，只是底涂層的涂布重量為21.7g/m2，表涂層的涂布重量為3.5g/m2。
在相似的條件下將來自實施例4和實施例5的涂布紙干燥和壓光，然后測試其印刷性能。表6中給出了由此一系列實驗得到的結(jié)果。
表6
在表6中的結(jié)果有利地與用其他方法得到的紙張質(zhì)量進行了比較，此涂布紙明顯適合于印刷的目的，因此確認了實施例2和實施例3的發(fā)現(xiàn)，即同時涂布幕式淋涂法能夠在很重的比較便宜的底涂層上涂布很輕的比較昂貴的表涂層。也可以認為，可以把底涂層分隔在幾個子層之間，這時可在涂布頭上增加幾個狹縫。這種方法使得能夠增加設(shè)計的靈活性并涂布具有很特殊性能的簾幕層。對于涂布紙板可預期有同樣的優(yōu)點。
實施例6和實施例7，以及比較實驗C為了確定單層涂布是否可用于涂布用傳統(tǒng)涂布方法不能涂布的不含顏料的功能涂層進行了實驗，在此實驗中，在無木漿基紙(87g/m2，PPS粗糙度＝5.6μm)上同時涂布具有水阻隔性能的粘性的底涂層。涂布速度是800m/分。
實施例6在無木漿基紙上同時涂布底層配方3和表層配方20，使得底涂層的涂布重量為4.0g/m2，表涂層的涂布重量為10.1g/m2。
實施例7重復實施例6，只是底涂層的涂布重量為3.9g/m2，表涂層的涂布重量為7.5g/m2。
比較實驗C在無木漿基紙上涂布配方20周圍單簾幕涂層，使得該涂層的涂布重量為10.1g/m2。
在類似的條件下將由實施例6和實施例7以及比較實驗C中得到的涂布紙進行干燥和壓光，然后測試其印刷性能。在表7中給出了由此一系列實驗中得到的結(jié)果。
表7
在表7中的結(jié)果顯示出同時多層涂布法對在紙張上涂布不含顏料的功能涂層，比如阻隔涂層的適應性，否則這樣的涂層是不能用傳統(tǒng)的紙張涂布方法涂布的，也不能用單層幕式淋涂法進行涂布。此結(jié)果清晰地顯示出，涂布粘性底涂層明顯地改善了比如通過IGT粘缸掉毛性能和油墨堆積所測量的涂布紙的總強度，還明顯地降低了如Cobb測試所測量的涂布紙的吸水性。
實施例8和實施例9進行一個用很輕的高光澤表涂層配方在底涂層上涂布表涂層的實驗。在所用的速度下表涂層的涂布重量明顯地低于用傳統(tǒng)的刮刀式和單層幕式淋涂法所達到的涂布重量。涂布速度是800m/分?；氖呛緷{基紙(66g/m2，PPS粗糙度＝6.3μm)。
實施例8在基紙上同時涂布底層配方4表層配方21，使得底涂層的涂布重量為10.0g/m2，表涂層的涂布重量為1.4g/m2。
實施例9重復實施例8，只是表涂層的涂布重量是0.7g/m2。
在類似的條件下將由實施例8和實施例9得到的涂布紙干燥和壓光，然后測試印刷性能。在表8中給出了由此一系列實驗得到的結(jié)果。
表8
由此實驗得到的結(jié)果顯示出，用同時多層涂布法涂布超低涂布重量的高光澤表涂層可以制造具有優(yōu)異的紙張光澤和油墨光澤的涂布紙。具體地，涂布重量小于1g/m2的表涂層，以得到所需的涂布紙性能。傳統(tǒng)的涂布法和單層幕式淋涂法都不能在這樣高的速度下涂布這樣低的涂布重量。對于涂布紙板可預期同樣的優(yōu)點。
實施例10、11、12和比較實驗D實施例1～9是以低于1,000m/分的速度涂布的。隨著涂布速度增加到超過1000m/分，氣泡凹痕的程度急劇增大。嚴重氣泡凹痕的出現(xiàn)為紙張和紙板的幕式淋涂設(shè)置了速度的極限。此系列實施例將單層淋涂和具有薄界面層作為簾幕底層的同時雙層幕式淋涂進行了比較。多層簾幕的表層組合物和單層幕式淋涂具有同樣的組成。界面層組合物是表層配方的低固體含量的一種配方形式。界面層的涂布重量為0.5～2g/m2。此涂層涂布在無木漿基紙(87g/m2，PPS粗糙度＝5.6μm)上。涂布速度是900、1,200和1,500m/分。
比較實驗D涂布配方22作為單層幕式淋涂層，使得該涂層的涂布重量為16.0g/m2。
實施例10使用與比較實驗D相同的條件涂布同時多層簾幕涂層，使其具有0.5g/m2的配方5的底涂層和15.6g/m2配方22的表涂層，得到的涂布重量為16.1g/m2。
實施例11使用與比較實驗D相同的條件涂布同時多層簾幕涂層，使其具有1.0g/m2的配方5的底涂層和14.9g/m2配方22的表涂層，得到的涂布重量為15.9g/m2。
實施例12使用與比較實驗D相同的條件涂布同時多層簾幕涂層，使其具有2.0g/m2的配方5的底涂層和14.1g/m2配方22的表涂層，得到的涂布重量為16.1g/m2。
在表9中顯示出此系列實驗中對于不同速度和界面層涂布重量的組合的氣泡凹痕結(jié)果。
表9
使用界面層明顯地減少了氣泡凹痕，對于制造可接受質(zhì)量的紙張，增大了速度。最低量的界面層是需要的，在此使用的條件下0.5g/m2是不夠的，但界面層的涂布重量為2g/m2時給出了良好的結(jié)果。在高涂布速度下氣泡凹痕程度的降低顯示出具有界面層同時多層幕式淋涂比單層幕式淋涂更具有的優(yōu)點。
實施例13、14、15、16和17實施例10、11和12使用了低固體含量的主涂層作為界面層。實施例13～17研究了使用具有與主涂層不同組成的界面層的優(yōu)點，在此界面層的浸潤性和流變性都能夠獨立地進行調(diào)節(jié)。此外，在表涂層中使用了更為昂貴的組分和特殊的顏料，以增強印刷性能，但無須在所有的層中都使用。因為界面層的作用是在干燥的涂層中作為底涂層，其組成優(yōu)選盡可能簡單和經(jīng)濟。因此選擇碳酸鈣顏料作為實施例13、14、15、16和17的唯一顏料。對于所有這些實施例，都使用配方23作為表涂層，其涂布重量為8g/m2。對于這一系列實施例，只改變界面層的組成。界面層的涂布重量是2g/m2。此同時多層幕式淋涂層以1,200和1,500m/分的涂布速度涂布到42g/m2的含木漿基紙(PPS＝7.8μm)上。
實施例13使用含有1份PVOH的配方6作為底界面層，在1,200m/分得到的氣泡凹痕密度為2氣泡凹痕/cm2，在1,500m/分得到的氣泡凹痕密度為13氣泡凹痕/cm2。
實施例14使用含有2份PVOH的配方7作為底界面層，在1,200m/分給出的氣泡凹痕密度是1氣泡凹痕/cm2，在1,500m/分時給出的氣泡凹痕密度是9氣泡凹痕/cm2。界面層中PVOH的含量由實施例13中的1份增加到本實施例中的2份導致氣泡凹痕密度有適度的改善。
實施例15使用含有2份PVOH的配方8作為界面層，這是配方7的低固體含量配方形式。界面層的涂布重量為1.33g/m2。界面層的減少在降低氣泡凹痕方面的表現(xiàn)意外地好。在1,200m/分時的氣泡凹痕密度是1.5氣泡凹痕/cm2，在1,500m/分時的氣泡凹痕密度是3氣泡凹痕/cm2。
實施例16在紙涂層配方中PVOH是比較昂貴的成分。在此實施例中用淀粉代替PVOH，淀粉一般用做廉價的粘合劑和增稠劑。在涂層配方中膠乳的含量也有所降低。使用配方9作為底界面層，在1,200m/分下給出2氣泡凹痕/cm2的氣泡凹痕密度，在1,500m/分下給出7氣泡凹痕/cm2的氣泡凹痕密度。在兩個涂層之間見到某些不相容性，在界面層狹縫出口處形成凝膠狀沉淀。干燥涂層的滋墨值也稍高于在界面層中具有PVOH的實施例13、14和15中的涂層。
實施例17使用固體含量39.9％的配方10作為底界面層。界面層的涂布重量是0.8g/m2。在1,200m/分的降低了涂布重量的氣泡凹痕密度為1.7氣泡凹痕/cm2，在1,500m/分時為7.5氣泡凹痕/cm2?？紤]到界面層的厚度，這是很優(yōu)異的性能。然而簾幕本身的穩(wěn)定性不如較厚的界面層好。
總而言之，雖然在實施例16和17中含有淀粉的含顏料涂層作為界面層給出滿意的性能，在實施例13、14和15中的含有PVOH的界面層在涂布操作時賦予更寬的寬容度，比含淀粉的配方更為優(yōu)選。
實施例18、19、20、21和22界面層的功能不一定限制在浸潤上。界面層可具有雙重的目的，比如提供浸潤和改善比如粘接和剛性等性能。
實施例18、19、20和21使用了由純膠乳或聚合物溶液組成的不含顏料界面層。實施例22使用具有高粘合劑含量的含顏料涂層以改善粘接性。對于這些實施例使用同樣的表層配方，而表涂層的涂布重量保持恒定為8g/m2。所選擇的表涂層，配方24具有低氣泡凹痕的傾向，致使在氣泡凹痕上觀察的差別可歸因于界面層的影響。由于界面層組合物在固體含量上有一個范圍，既可含有顏料，也可以不含顏料，界面層厚度固定在2.5μm的濕膜厚度，而不是如在前面實施例中的固定涂布重量。同時多層幕式淋涂層以1,200和1,500m/分的速度涂布在42g/m2的含木漿基紙(PPS＝7.8μm)上。
實施例18使用配方11，即10％的PVOH溶液作為底界面層。使用此配方時，在1,200m/分時簾幕是穩(wěn)定的，但在1,500m/分下，茶壺效應開始變得嚴重，此時不得不增加涂布流以保持恒定的涂布重量。在1,200m/分時，氣泡凹痕密度為13個氣泡凹痕/cm2，在1,500m/分時，氣泡凹痕密度為27個氣泡凹痕/cm2，氣泡凹痕程度不可接受地增大。再有，氣泡凹痕的尺寸加大。正如所預期的，涂層比對照的涂層(配方6作為界面層(2g/m2)和配方24(8g/m2)作為表層)具有改善的粘接性(更高的IGT剝落強度)和增大的剛度。對于對照，剛度結(jié)果是0.311mN*m，對于具有PVOH界面層的涂層是0.355mN*m。
實施例19使用配方12，即18.5％的淀粉溶液作為底界面層。淀粉溶液作為界面層的性能是很好的。在1,200m/分下簾幕是穩(wěn)定的，沒有茶壺效應，而在1,500m/分下稍有輕微的茶壺效應。在1,200m/分下的氣泡凹痕密度是0.7氣泡凹痕/cm2，在1,500m/分下的氣泡凹痕密度是1.5氣泡凹痕/cm2。淀粉溶液導致較高程度的堆積缺陷，也具有更多的由于在涂層中的空氣氣泡所產(chǎn)生的缺陷。這表明淀粉溶液的脫氣可能更難實現(xiàn)。淀粉界面層的涂層性能顯示出在IGT方面的改善(58，而對照組是42)，和在剛度方面的改善(0.361mN*m，而對照組是0.311mN*m)。使用淀粉作為界面層的主要缺點是紙張光澤低(75°的光澤是42)和油墨沾污更慢。滋墨也增加。油墨光澤仍然很高(75°的光澤是66)，以致涂層給出更高的三角光澤。使用淀粉溶液作為界面層有潛力用于制造涂層級消光和無光紙。
實施例20使用配方13重復實施例19的方法，該配方除了含有淀粉溶液以外還含有施膠聚合物。此實施例把表面施膠和作為同時多層涂層的涂層結(jié)合在一起，目前在工業(yè)實踐中這兩種涂布操作是以先后的方式分別進行的。在淀粉溶液中加入Dow施膠聚合物有助于使簾幕穩(wěn)定化，而且在1500m/分時降低/消除了在實施例19中看到的茶壺效應。對于配方13，氣泡凹痕程度是很低的，但堆積和空氣氣泡的量要多于在實施例19中只用淀粉溶液時所見到的量。使用配方13的涂層，其IGT和濕潤粘附強度明顯高于配方12(IGT分別是98和58，濕潤粘附分別是75和60)。然而紙張光澤降低了(75°光澤是32)，而油墨光澤仍然保持很高(75°光澤是63)。剛性于在配方17中所見到的沒有變化，油墨堆積變差。Cobb水測試顯示出與單用淀粉相比，施膠聚合物沒有顯示出任何差別。這樣的結(jié)果部分歸因于在涂層中存在著點蝕。通過改善脫氣和對涂層重新配方，在紙片的施膠性能上應有改善。
實施例21
使用配方14作為底界面層。這種全膠乳界面層給出優(yōu)異的簾幕穩(wěn)定性，同時沒有茶壺效應。在1200m/分時的氣泡凹痕密度是0.3氣泡凹痕/cm2，在1500m/分時是1.3氣泡凹痕/cm2。紙張光澤是66而油墨光澤是84。另一個優(yōu)點是涂層的內(nèi)聚力更好(IGT＝95)。油墨沾污很慢，這可能是個缺點。與在實施例18、19、21和21中的其他界面層相比，全膠乳層給出最好的一組性能，但它要更加昂貴一些。
實施例22使用配方15，即使用30份PVOH作為粘合劑并且沒有膠乳粘合劑的高粘合劑含量含顏料涂層，作為底界面層。此配方的運轉(zhuǎn)性能是很好的。簾幕穩(wěn)定而且沒有茶壺效應。氣泡凹痕密度很低，同時點蝕密度也很低。IGT強度是良好的(IGT＝78)，剛性是0.274mN*m，而對照組的剛性是0.228mN*m。如同油墨光澤一樣(75°光澤是58)，紙張光澤很低(75°光澤是36)。
意外地發(fā)現(xiàn)，功能界面層也會影響表涂層的印刷和光澤性能，即便底界面層比較薄而且距涂層表面有一些距離。同時多層涂層的斷面電子顯微鏡照片指出，一層和另一層的涂層組分存在著有限的混合，因此此表現(xiàn)的機理還是未知的。
實施例23、24、25、26、27和28如在上面所顯示的，雖然加入界面層降低了氣泡凹痕程度，可是不與基紙表面接觸的層的組成也具有明顯的影響。在雙層同時多層幕式淋涂的情況下，在主層(表層)中仍然可能存在著氣泡凹痕，哪怕使用具有良好浸潤和流變性能的足夠厚的界面層。這意味著，除了界面層以外，主涂層的組成和流變性能必須加以改變。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用低分子量的PVOH具有戲劇性的降低氣泡凹痕程度的能力，涂布是當涂布速度增加和/或基紙的粗糙度增加時。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，涂層中顏料的類型對氣泡凹痕程度具有極大的影響。在顏料的類型和含量上很小的變化會導致氣泡凹痕程度上很大的差別。對于這一系列實施例，底界面層的組成保持恒定，而同時多層幕式淋涂的表層的組成是變化的。底界面層使用了配方6，由在上面實施例13中已知它具有良好的抗氣泡凹痕性能。底界面層的涂布重量是2g/m2。表涂層的涂布重量是8g/m2。此同時多層簾幕涂層涂布在41g/m2的含木漿基紙(PPS＝6.3μm)。
實施例23和24顯示出在表涂層中PVOH含量對氣泡凹痕程度的影響。實施例25、26、27和28比較了在主表涂層中使用兩種不同涂層黏土的情況。
實施例23使用含有1份PVOH的配方25作為表涂層，以1500m/分的涂布速度進行涂布。在此速度下，此配方在表涂層中給出中等程度的氣泡凹痕。
實施例24使用含有2.5份PVOH的配方26作為表涂層重復實施例23的方法。使用此配方作為表涂層，在1500m/分的速度下導致近于沒有氣泡凹痕的涂層。增加表涂層中PVOH的含量戲劇性地降低了氣泡凹痕程度。
實施例25使用含有30份粘土(B)的配方27作為表涂層，在1,200和1,500m/分的速度下進行涂布。在1,200m/分時的氣泡凹痕密度是5.8氣泡凹痕/cm2，在1,500m/分時的氣泡凹痕密度是34氣泡凹痕/cm2。
實施例26使用配方28作為表涂層重復實施例25的方法。配方28含有10份粘土(A)和20份粘土(B)。在1,200m/分時的氣泡凹痕密度是16氣泡凹痕/cm2，在1,500m/分時的氣泡凹痕密度是76氣泡凹痕/cm2。
實施例27使用配方29作為表涂層重復實施例25的方法。配方29含有20份粘土(A)和10份粘土(B)。在1,200m/分時的氣泡凹痕密度是34氣泡凹痕/cm2，在1,500m/分時的氣泡凹痕密度是500氣泡凹痕/cm2。
實施例28使用配方30作為表涂層重復實施例25的方法。配方30含有30份粘土(A)。在1,200m/分時的氣泡凹痕密度是34氣泡凹痕/cm2，在1,500m/分時的氣泡凹痕密度是550氣泡凹痕/cm2。
從實施例25、26、27和28可證實，顏料組成上很小的變化(小到10份)能夠戲劇性地影響到氣泡凹痕程度。
實施例29和30已知基紙的質(zhì)量會影響到涂布方法。在現(xiàn)有技術(shù)中認為基紙的粗糙度是影響涂層質(zhì)量的關(guān)鍵因素。實施例29和30使用不同的基紙，有無木漿的，有含木漿的，有涂布的，有未涂布的，有壓光的，有未壓光的紙張，這些紙張具有一定范圍的表面粗糙度和化學性能。
實施例29重復實施例8的方法，只是底涂層的涂布重量為12g/m2，表涂層的涂布重量為1g/m2。在1200和1500m/分的涂布速度下把同時多層簾幕涂層涂布到4種不同的基紙上?；埖募毠?jié)和氣泡凹痕結(jié)果顯示在表10中。
表10
對于無預涂層的無木漿基紙，在1200m/分的涂布速度下，覆蓋不良，在1500m/分時則更差。在有預涂層的無木漿紙上面，在涂布速度為1200和1500m/分時，可得到良好的覆蓋，沒有多少氣泡凹痕。對于有預涂層+預壓光的含木漿基紙，同時多層涂層沒有氣泡凹痕。對于低氣泡凹痕密度的最大PPS粗糙度是大約6.3μm。在PPS粗糙度為2.9μm時，得到?jīng)]有氣泡凹痕的涂層。在沒有界面層的情況下，在1500m/分時對于具有薄功能表層的雙層幕式淋涂，低氣泡凹痕密度需要有預涂層的基紙。通過加入界面層，形成三層同時幕式淋涂就能夠解決這個限制。
實施例30此實施例顯示出通過使用具有良好浸潤性能和抗氣泡凹痕性能的界面層和表層配方相結(jié)合以盡可能降低氣泡凹痕，在各種基紙上制造高固體含量高速度LWC涂層的能力。代表當前LWC基紙的4種不同含木漿基紙被制成復合卷筒紙，然后可在相同的涂布條件下將其涂布。這些基紙未經(jīng)預壓光或預涂布，準備用于高速幕式淋涂的表面。
使用2g/m2的配方6作為界面層，使用8g/m2的配方27作為表涂層，以總涂布重量10g/m2涂布各種基紙。在1,500m/分下將同時多層簾幕涂層涂布到復合卷筒紙上。簾幕高度也是變化的。結(jié)果匯總在表11中。
表11
此數(shù)據(jù)意外地顯示出，在1500m/分的速度下，以只有150mm高度的簾幕，在粗糙的基紙上能夠成功地進行涂布。
圖7顯示出在相同的涂布條件下，可以在這些不同的基紙上制造的覆蓋良好而且?guī)缀鯖]有氣泡凹痕的涂層。由于不用調(diào)節(jié)涂布機械的參數(shù)就意外地能夠涂布所有的基紙，此實施例說明了同時多層幕式淋涂法的靈活性。
實施例31在1500m/分下在基紙3上重復實施例30的方法，以檢驗從基紙上排除空氣和給簾幕設(shè)置空氣保護屏對氣泡凹痕程度的影響。
表12
意外地如在表12中所顯示，取消空氣保護屏和降低空氣除去裝置的真空抽吸力對氣泡凹痕密度沒有明顯的影響。此結(jié)果指出，在高速幕式淋涂的過程中所見到的氣泡凹痕與在文獻中報道的經(jīng)典的空氣夾帶是不同的，因為在如此的高速下由于在基紙上的空氣邊界層，預期會看到氣泡凹痕密度有增加。這些結(jié)果進一步說明使用本發(fā)明的涂層配方的優(yōu)點，即可用寬的涂布操作窗口得到低氣泡凹痕密度的涂層。
實施例32～41當同時涂布3層或更多層時，在設(shè)計涂層時甚至更多的靈活性都是可以的。對于單層或雙層涂層，所有的涂布層都與空氣界面接觸，這就對涂布層的粘度和動態(tài)表面張力設(shè)置了某些限制。通過用適當?shù)慕缑鎸雍捅韺有纬蓨A層結(jié)構(gòu)，就能夠涂布許多類的單獨時不可能涂布的涂布層。另外，由于能夠使用同時多層幕式淋涂進行涂布的層比較薄，現(xiàn)在就能夠設(shè)計出多層LWC涂層。由于用刮刀法、桿式法和薄膜涂布法涂布的最低涂布重量的限制，這在過去是不可能的。實施例32～41顯示出許多類型的可以用同時多層幕式淋涂法制造的多層LWC涂層(10g/m2或更小)。
實施例32、33、34和35對于多層LWC涂層，本發(fā)明的一個實施方案是使用在使用薄界面層的同時還使用具有良好松厚度(bulk)和廉價的比較厚的內(nèi)層，而且還使用薄的功能表層，以得到良好的紙片表面和印刷性能。在此實施例中，使用2g/m2的配方6作為界面層，而使用5～7g/m2的配方42作為內(nèi)層。對于表層，使用1～3g/m2的4種不同的功能表層。將3層結(jié)合在一起形成同時三層簾幕，在1,200m/分下涂布到含木漿基紙(40g/m2，PPS＝5.3μm)上。某些關(guān)鍵性能顯示在表13中。
實施例32使用配方31作為表涂層，在所有涂布條件下都給出低的氣泡凹痕程度。
實施例33使用配方32作為表涂層，在所有涂布條件下都給出低的氣泡凹痕程度。
實施例34使用配方33作為表涂層，在所有涂布條件下都給出低的氣泡凹痕程度。
實施例35使用配方34作為表涂層，在所有涂布條件下都給出低的氣泡凹痕程度。
表13
在此表中“無數(shù)據(jù)”表示沒有進行給定的實驗。
三層LWC涂層的涂布紙性能顯示出其很寬范圍的性能。每個測試的組成在紙張光澤、三角光澤、油墨沾污(ink set off)和速度平衡方面都具有特征性的身份標志。表14匯總了在實施例32～35中得到的數(shù)據(jù)中的某些趨勢。
表14
由此實施例得到的結(jié)論是，由于有能夠均勻地涂布薄到1g/m2的層的能力，通過只改變此表層的組成就可以得到很寬的紙張和印刷特性范圍。這就給予了造紙工業(yè)開發(fā)為更好適應特定的印刷條件而量身定做紙張的機會。
實施例36使用配方35作為表涂層重復實施例33的方法，制造消光型轉(zhuǎn)輪凹版印刷紙。配方35含有高含量經(jīng)常在制造轉(zhuǎn)輪凹版印刷紙時使用的顏料。以1、2和3g/m2的涂布重量涂布表涂層，減小內(nèi)層的涂布重量(配方42)以保持總涂布重量恒定。用3g/m2的涂布重量能夠制造出很均勻的涂層，同時氣泡凹痕的含量很低。與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)輪凹版印刷紙相比，此三層簾幕涂層改善了纖維的覆蓋，同時具有更均勻的外觀。此外，與在整個涂層的厚度上，而不是只在薄的表涂層中使用粘土和滑石粉的涂層相比，使用配方42作為內(nèi)層給出更高的亮度和更低的總成本。
實施例37同時多層幕式淋涂法提供涂布一種具有特殊流變性能涂層的方法，用其他的涂布技術(shù)很難得到這種流變性能，如果不是不可能的話。在此實施例中，使用通過添加氯化鈣溶液而部分絮凝的涂層作為三層簾幕涂層的內(nèi)層。此三層簾幕由2g/m2配方6作為底涂層、15g/m2配方43作為內(nèi)層和5g/m2配方36作為表涂層組成。以1000m/分的速度將此涂層涂布到無木漿基紙(76g/m2，PPS＝5.3μm)上。此內(nèi)涂層(配方43)顯示出剪切增稠的性能，當單獨使用時，既不能用刮刀涂布法涂布，也不能形成穩(wěn)定的簾幕。通過在多層簾幕中加入絮凝涂層，就能夠形成穩(wěn)定的簾幕，并在涂布紙上具有很低的氣泡凹痕密度(0.54氣泡凹痕/cm2)。
實施例38使用同樣的功能涂層作為底界面層和作為涂層的表涂層是可能的。在此實施例中，通過把2g/m2的配方16作為底涂層、6g/m2配方44作為內(nèi)層和2g/m2配方37作為表涂層一起形成三層簾幕。配方16和配方37的組成是相同的，都含有塑料顏料。意外地發(fā)現(xiàn)，對于底涂層和表涂層使用同樣的組成，導致很穩(wěn)定的簾幕，而且在高涂層流速下意外地消除了茶壺效應。在1,500m/分下，將此三層簾幕涂布在含木漿基紙(41g/m2，PPS＝7.1μm)上。氣泡凹痕密度是7.4氣泡凹痕/cm2。使用具有塑料顏料的功能涂層作為內(nèi)層以及表涂層，在光澤上給出大約5～6個點的改善。
實施例39通過把薄層加入同時多層涂層，就能夠隔離各涂層組分，設(shè)計出提供特殊功能，比如剛性、遮光性、亮度、阻隔性等的涂層。在實施例39中，涂層中的全部TiO2顏料都加在多層涂層的薄內(nèi)層中。通過組合2g/m2的配方6作為底涂層、2g/m2的配方45作為內(nèi)層和6g/m2的配方38作為表涂層形成三層簾幕。在1,000m/分下將此同時三層涂層涂布到含木漿基紙(40.5g/m2，PPS＝7.9μm)上。
實施例40和41涂布很均勻的涂層制造同時多層簾幕涂層的能力涂布適合于制造無針眼的阻隔層。在實施例40和41中，在多層涂層中間使用水分散液作為薄層，給最終涂層以阻隔性能。
實施例40在此實施例中，底涂層和表涂層具有同樣的組成和涂布重量。內(nèi)層的涂布重量在0.2～3g/m2之間變化。因此，此多層簾幕由6g/m2的配方30作為底涂層、0、2或3g/m2的配方46作為內(nèi)層和6g/m2的配方30作為表涂層組成。在1000m/分下將此涂層涂布到無木漿基紙(76g/m2，PPS＝5.3μm)上。在表15中顯示出涂布紙的結(jié)果。
表15
實施例41使用配方47作為任選的內(nèi)層，重復實施例42的方法。結(jié)果顯示在表16中。
表16
由表15和表16的數(shù)據(jù)看阻隔性能是顯而易見的。意外的是，今用3或2g/m2的阻隔層就達到了高度的阻隔效果。為了得到良好的阻隔性能，在使用諸如刮刀或薄膜加壓等傳統(tǒng)涂布技術(shù)，對阻隔層需要高得多的涂布重量才能避免針孔。在使用同時多層簾幕涂層時，由于取得了其他層的“支持”效果的優(yōu)點，甚至在低涂布重量下就能夠得到很均勻而且沒有針孔的阻隔層。
具有內(nèi)阻隔層的紙張具有至少如參照紙張一樣好的印刷性能。耐拉毛性能意外地得到改善，這顯示出表涂層與疏水阻隔層有很高的粘接性能。很好的阻隔性能和膠印性能的結(jié)合是很獨特的，對于紙張和/或包裝的應用可具有很大的價值。
實施例42、43、44和比較實驗E這些實施例顯示出在紙板上的同時多層簾幕涂層。紙板涂層比較厚，因此涂布速度一般比涂布紙張更慢。在高速下通過單狹縫或噴嘴涂布單層厚涂層(＞20g/m2)可能導致由于流動不穩(wěn)定和在涂層配方高流速下產(chǎn)生的湍流而引起的問題。對于多層簾幕涂層，使涂布流流經(jīng)幾個狹縫或噴嘴，然后將各層合并以形成單個的厚層就能夠避免這些問題。此外，紙板基材可能很粗糙，顏色一般也比紙基材更深，特別是如果紙板中回收纖維的含量很高的話。其外形輪廓與其覆蓋范圍很相似的簾幕涂層非常適合于紙板的涂布。
實施例42和比較實驗E在紙板上涂布同時多層簾幕涂層，并與在同樣紙板上先后涂布兩個單層簾幕涂層進行比較。
實施例42在此實施例中，涂布26g/m2的涂層作為雙層簾幕，其中涂布13g/m2配方17作為底涂層，涂布13g/m2配方39作為表涂層。配方39具有與配方17大致相當?shù)慕M成。與在紙板上的典型涂層相比，這些配方含有很高的固體含量。在600m/分下將該涂層涂布到188g/m2的紙板基板上，得到?jīng)]有氣泡凹痕表面的紙板。
比較實驗E重復實施例42，只是在先后兩次涂布當中涂布兩層同樣的13g/m2表涂層，在兩次涂布之間設(shè)置一個干燥的步驟，得到26g/m2的總涂布重量。即使在600m/分的比較低速度下，由兩次相繼涂布得到的涂層也具有嚴重的氣泡凹痕，而26g/m2的多層簾幕涂層是沒有氣泡凹痕的。
實施例43此實施例使用了三層簾幕涂層在單一的一次涂布當中均勻地涂布很厚的層(34g/m2)。使用刮刀涂布的方法是很難涂布這樣的涂布重量的。通過把2g/m2配方6作為底涂層、27g/m2的配方48作為內(nèi)層和5g/m2配方40作為表涂層的組合得到三層涂層。在700m/分下將次三層涂層涂布到250g/m2的回收纖維紙板上。
實施例44在此實施例中，對于多層涂布的紙板，使用很薄的強光亮功能層作為內(nèi)層。使用15g/m2的配方6作為底涂層和7g/m2的配方41作為表涂層制造同時雙層的對照試樣。實驗試樣是由15g/m2配方6作為底涂層、0.5g/m2配方49作為內(nèi)層和7g/m2配方41作為表涂層組成的同時三層簾幕涂層。兩種涂層都是以700m/分涂布到250g/m2的回收纖維紙板上。由于有增強了亮度的內(nèi)層，導致白度明顯增強(106.5對96.2)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括形成一個復合多層自由流動的簾幕，并使該簾幕與連續(xù)的基紙或基板的卷紙基材相接觸，該簾幕具有至少45wt％的固體含量。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中該基材既沒有預涂布，也沒有預壓光。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中在涂布前基材的表面粗糙度為至少5μm。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕具有涂布重量不高于1g/m2的表涂層，卷紙速度為至少800m/分。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中形成復合自由降落簾幕的各層中的至少一層含有粘合劑。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中每一層的涂布重量都低于30g/m2。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中至少兩層具有同樣的組成。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一層的涂布重量最多為5g/m2。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一層的涂布重量最多為2g/m2。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中形成涂布紙或涂布紙板，并且至少一層的作用是覆蓋功能。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中卷紙的速度至少為400m/分。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中卷紙的速度至少為800m/分。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中卷紙的速度至少為1,400m/分。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中卷紙的速度至少為1,500m/分。
15.如權(quán)利要求1的方法，其中卷紙的速度為至少1,700m/分。
16.如權(quán)利要求1的方法，其中卷紙的速度為至少2,000m/分。
17.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一層的粘度為至少20cp。
18.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一層的粘度為至少200cp。
19.如權(quán)利要求1的方法，其中至少兩層的粘度為至少200cp。
20.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕包括至少一個內(nèi)層。
21.如權(quán)利要求1的方法，其中該方法制造涂布的印刷紙。
22.如權(quán)利要求1的方法，其中該方法制造適合于印刷的涂布紙板。
23.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕的至少一層含有聚乙烯醇。
24.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕包括至少一個表涂層和一個界面層，而至少該界面層含有聚乙烯醇。
25.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕具有至少兩層，其總涂布重量最多為10g/m2。
26.如權(quán)利要求25的方法，其中該簾幕具有至少三層。
27.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中形成復合自由降落簾幕的層中的至少一層含有顏料。
28.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中該簾幕的至少一層含有顏料，而且至少一種顏料包括粘土、滑石粉或TiO2。
29.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中形成復合自由降落簾幕的層中的至少一層的固體含量為至少60wt％。
30.如權(quán)利要求1的方法，其中簾幕的固體含量為至少50wt％。
31.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕的固體含量為至少55wt％。
32.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕的固體含量為至少60wt％。
33.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕的固體含量為至少70wt％。
34.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕的至少一層是粘性的。
35.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕包括至少3層。
36.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕包括至少4層。
37.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕包括至少5層。
38.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕包括至少6層。
39.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中每一層的涂布重量為0.1～30g/m2。
40.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中表涂層的涂布重量為0.1～30g/m2，與基紙或基板接觸的層的涂布重量為0.1～30g/m2。
41.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中涂層中的至少一層賦予選自印刷性能、阻隔性能、光學性能、剝離性能和粘接性能的功能。
42.如權(quán)利要求41的方法，其中該涂層賦予脂阻隔性能、油阻隔性能或者賦予這兩種性能。
43.如權(quán)利要求41的方法，其中得到的紙具有涂布重量等于或小于1g/m2的層，而且其中基于該層的重量，該層含有至少3wt％的光學增白添加劑。
44.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中涂布紙或涂布紙板的光澤小于45。
45.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中涂布紙或涂布紙板的平均氣泡凹痕密度不高于10氣泡凹痕/cm2。
46.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中同時進行施膠和涂布。
47.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中簾幕中至少一層包括光學增白劑。
48.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中簾幕包括至少一個涂層。
49.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中該表涂層的涂布重量低于其下面各層的總涂布重量。
50.如權(quán)利要求1的方法，其中該表涂層的涂布重量小于5g/m2。
51.如權(quán)利要求1的方法，其中該表涂層的涂布重量小于3g/m2。
52.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中該表涂層含有包括至少一種選自合成聚合物顏料和光澤清漆的光澤添加劑。
53.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中該表涂層含有顏料和粘合劑，其中顏料是合成聚合物顏料，其中粘合劑是膠乳。
54.如權(quán)利要求1的方法，其中簾幕中的至少一層含有選自黏土、高嶺土、滑石粉、碳酸鈣、二氧化鈦、緞光白、合成聚合物顏料、氧化鋅、硫酸鋇、石膏、二氧化硅、三水合氧化鋁、云母和硅藻土的顏料。
55.如前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法，其中該粘合劑選自羧基化膠乳、苯乙烯-丁二烯膠乳、苯乙烯-丙烯酸酯膠乳、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈膠乳、苯乙烯-馬來酸酐膠乳、苯乙烯-丙烯酸酯-馬來酸酐膠乳、多糖、蛋白質(zhì)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、纖維素和纖維素衍生物。
56.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕包括賦予功能的層，而且該層含有一種或多種選自乙烯-丙烯酸聚合物、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、聚酯、聚烯烴、任選羧基化的苯乙烯-丁二烯膠乳、任選羧基化的苯乙烯-丙烯酸酯膠乳、淀粉、蛋白質(zhì)、苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-馬來酸酐、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纖維素、聚硅氧烷、蠟和微膠囊的成分。
57.如權(quán)利要求1的方法，其中簾幕表層的涂布重量比簾幕的任何其他層都低。
58.如權(quán)利要求1的方法，其中簾幕底層的涂布重量比簾幕的任何其他層都低。
59.如權(quán)利要求1的方法，其中該簾幕包括至少一個其涂布重量低于該簾幕任意其他層的界面層。
60.如權(quán)利要求1的方法，其中該基材是基紙。
61.由前面各項權(quán)利要求中任何一項的方法得到的具有至少雙層涂層的紙張或紙板。
62.一種涂布印刷紙，其中該涂層具有至少三層，總涂布重量最多為10g/m2。
63.如權(quán)利要求62的涂布印刷紙，其中各層中至少一層是阻隔層。
64.如權(quán)利要求62的涂布印刷紙，其中各層中至少一層是濕氣阻隔層。
65.如權(quán)利要求62的涂布印刷紙，其中各層中至少一層的涂布重量為4g/m2或更低。
66.如權(quán)利要求62的涂布印刷紙，其中各層中至少一層的涂布重量為3g/m2或更低。
67.如權(quán)利要求62的涂布印刷紙，其中各層中至少一層的涂布重量為2g/m2或更低。
68.具有光澤為至少70，表涂層的涂布重量為1g/m2或更低的涂布印刷紙。
69.特別適合于印刷、包裝和標簽的目的的多層涂布紙和涂布紙板，但不包括照相紙和壓敏謄寫紙的制造方法，其中由選自含水乳液和含水懸浮液的至少兩個液體層組成復合的自由降落簾幕，用此復合涂布簾幕來涂布連續(xù)的基紙或基板的卷紙。
70.一種方法，包括形成一個復合多層自由流動的簾幕、使該簾幕與連續(xù)的紙張或紙板的卷紙基材接觸，該卷紙的速度為至少1,400m/分。
71.如權(quán)利要求70的方法，其中進行接觸的方式使得將該復合簾幕涂布在基材上，形成適合于印刷的涂布紙。
72.如權(quán)利要求70的方法，其中進行接觸的方式使得將該復合簾幕涂布在基材上，形成適合于印刷的涂布紙板。
73.由權(quán)利要求70的方法得到的紙張或紙板。
74.一種涂布方法，該方法包括將移動的卷紙與固體含量為至少45％的復合簾幕涂層相接觸，其中該簾幕具有至少2個組分層，其中第一層的方向使得它與卷紙直接接觸，其涂布重量為大約0.1～大約60g/m2，基于該第一層的總組成，該層含有大約0.2～大約10wt％的聚乙烯醇，其中至少該第一層以外的一層含有顏料和粘合劑，而且其中表涂層任選地含有光澤添加劑。
全文摘要
本發(fā)明的一個實施方案中涉及特別適合于印刷、包裝和標簽目的的多層涂布紙和涂布紙板的制造方法，以及如此得到的紙張或紙板。在該方法中將至少兩個選自含水乳液或含水懸浮液的簾幕層形成復合的自由降落的簾幕，用該復合簾幕涂布連續(xù)的基紙或基板卷。
文檔編號B05C9/06GK1526043SQ02807378
公開日2004年9月1日 申請日期2002年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月14日
發(fā)明者R·厄斯杰勒, R 厄斯杰勒 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司