專利名稱：未涂布的紙及紙板產品的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新質量的未涂布的紙以及帶漂白化學漿頂層的紙產品。新質量的特征是低表面粗糙度、高光澤度、和最小光澤度改變。本發明的紙及紙板產品有特別適合于印刷的頂面，并且所述產品優選用于生產不同包裝。本發明還涉及新產品的生產。所述頂層表面的特征在于該表面類似于涂布的而不是未涂布的產品。
背景技術：
在包裝生產領域中，用于包裝的紙或紙產品特別需要良好的適印性。
通常通過壓光和/或通過施加顏料化涂層至所述表面上，并因此得到與未涂布表面相比更細的表面孔結構和表面地形，這樣通過降低表面粗糙度而取得適用于印刷的紙或紙產品的表面。在絕大多數情況下，壓光操作還在涂布操作之后進行，以進一步改善表面并增加光澤度。
為節省資源并改善經濟性，有利的是，減少特定種類產品(例如得自油基原料的無機涂布顏料和有機涂布粘合劑)生產用的不可再生原料的用量。然而，希望在不危害產品質量要求如足夠的松厚度、挺度、表面光澤度和印刷用表面的情況下，實現不可再生原料的節省。
能夠在不危害其它質量要求的情況下生產出具有良好印刷表面的未涂布的紙和紙板產品，是人們所希望的。
在生產具有適用于印刷的表面的紙和紙板產品時，在一個或多個壓區中對紙幅進行壓榨，在大多數情況下，在干燥或涂布之后，在壓光操作中進行壓榨。通過壓光所致的厚度下降，以及松厚度的改變在大多數情況下被認為是缺點。因此，使表面區域局部變形并使松厚結構的變形最小化將是人們所希望的。通常的理論是，產生與紙張內部相比更為柔軟并因此更易變形的表面層。然后獲得了在厚度方向上的挺度梯度，并且能夠降低取得一定表面性能例如光澤度所需的壓縮應力。降低的壓縮應力將部分地保留松厚結構(纖維及纖維網)。
在厚度方向上獲得所述挺度梯度的最通常已知的可能性是熱軟化紙張的表面。然后在兩輥之間對紙張進行壓榨，其中將一個輥或兩個輥加熱至高溫(＞120℃)。在壓區中的接觸時間較短，這將造成比松厚材料更高溫度的表面區。因此，表面材料(例如纖維或涂布粘合劑)將相對地更易壓縮。主要工藝被稱之為溫度梯度壓光(Kerekes and Pye 1974，Crotogino 1982 and Vreeland 1986)。對于未涂布的紙產品，在溫度梯度壓光期間，紙張表面區的軟化可稱之為木材聚合物；木素，半纖維素和纖維素的熱軟化。
然而，通過使用溫度梯度壓光，通過在纖維絮凝物區域的表面孔結構和該纖維絮凝物之間的區域間引入差異，表面層更大程度的局部變形可能會造成更不均勻的表面致密化，即大規模的平面改變。如果應力集中在紙張結構的致密部分中，那么表面性能和機械性能方面不希望的不同質性可能會由于壓光而引入。因此，使用與相對硬壓區結合的溫度梯度壓光將受到限制。換句話說，當進行壓光時，纖維絮凝物以及纖維絮凝物之間區域的壓縮需要進行平衡。使用柔軟壓區，尤其是延伸柔軟壓區將可能獲得所述的平衡。
與硬壓區相比，柔軟壓區的優點通常被描述為更為溫和的壓縮，其中應力不僅僅集中于紙張結構的較厚部分。由于更為均勻的壓縮，柔軟的壓光將產生更少的多孔性改變，并因此使壓光變黑和印刷雜色的趨勢下降(Stevens等人1989)。
與常規的柔軟壓區相比，在壓光區中的局部應力集中將由于延伸的柔軟壓區而明顯下降。因此，能夠得到所需平滑度的紙表面，其中，當涂布紙進行壓光時表面性能的局部改變很少或沒有任何增加(Wikstrom等人，1997)。
柔軟壓區與高輥溫度結合使用已有很長的時間。例如，Brecht和Müller(1968)軟壓光了涂布紙板，并且發現，當將輥溫增加至200℃時，在相同松厚度時將明顯改變光澤度和平滑度。
然而，與通常使用的相比具有明顯更高壓光溫度的、延伸的柔軟壓區壓光工藝先前沒有披露用來生產具有漂白化學漿表面層的未涂布的紙張和紙板產品，并且所述表面層具有低的表面粗糙度、高光澤度、和使產品能夠用于生產高質量印刷包裝的最小光澤度改變。
發明說明本發明提供了一種帶有漂白化學漿頂層的未涂布的紙張和紙板產品，所述未涂布的紙張和紙板產品在不危害其它質量要求的情況下具有良好的印刷用表面。本發明還提供未涂布的紙張和紙板產品在生產包裝中的用途。另外，本發明還提供在未涂布的紙張和紙板產品生產方法中的一新步驟，從而得到本發明的產品。
通過如下造紙方法可得到本發明的未涂布的紙張和紙板產品，在所述方法中，在保持紙張結構均勻性的同時，取得了使不含磨木漿的未涂布的紙張和紙板產品高度的表面變形。所述造紙方法包括利用比通常使用的明顯更高的壓光溫度的、延伸的柔軟壓區(也稱之為長壓區)壓光工藝，尤其是用于帶有漂白化學漿表面層的未涂布的紙張和紙板產品。
更準確地說，將延伸的柔軟壓光壓區與250℃或更高的輥溫結合使用，對于未涂布的紙張和紙板產品，僅一次通過壓區，就將提供取得表面性能獨特絕對值的可能性(例如紙張光澤度、和PPS表面粗糙度)，尤其是因此保護了紙張結構的均勻性(低的光澤度改變，無變黑等)。
因此，本發明的一方面涉及帶有漂白化學漿頂層的一層或多層的未涂布的紙張或紙板，其中，頂層表面的光澤度值根據Tappi T480測量為20-50％，在波長范圍3-30mm內光澤度變更系數低于5％，而根據ISO 8791-4進行測量時，表面粗糙度(PPS-10)為2-5微米，優選3-5微米。
通過Bryntse和Norman(1976)描述的方法，可以測量所述光澤度變更系數。
在本發明產品的兩個優選的實施方案中，它們是液體紙板和白色外層掛面。
本發明的另一方面涉及本發明的未涂布的紙張或紙板在生產包裝中的用途。
本發明的另一方面涉及在生產本發明未涂布的紙張或紙板的方法中的造紙特征，即紙張或紙板的壓光利用延伸的柔軟壓區壓光機進行，所述壓光機具有對著紙張或紙板的頂層壓榨的加熱輥并且表面溫度為250-350℃，并且根據線載荷、壓光帶的性能以及延伸的柔軟壓區的長度，將對著紙板的壓力調節至5-40MPa。
在本發明這方面的優選實施方案中，加熱輥是內部感應加熱金屬輥，并且恰好在壓區之前，在將與加熱輥接觸的紙幅這一側上，將蒸汽施于紙張或紙板表面上。
下面將通過實施方案的說明來描述本發明，但應當理解的是，這些實施方案并不是對由權利要求書限定的保護范圍進行限制。
實施方案描述用來生產本發明產品的造紙方法包括延伸的柔軟壓區的壓光機，其中金屬輥能夠通過感應加熱而加熱至高于250℃。利用這樣的安排，對于未涂布的、不含磨木漿的產品，尤其當考慮使紙幅只通過一個壓光壓區時，能夠獲得或多或少是獨特的壓光結果。
對于為什么相信目前所取得的表面性能可能僅能通過延伸柔軟壓區與高輥溫相結合使用而產生的理由，可分成如下主要特征漂白不含磨木漿的紙漿的紙產品，與含磨木漿或未漂白漿的產品相比，軟化(或塑化)是相當困難的(Salmen and Back 1980)。延伸的柔軟壓區，由于長的壓區停留時間，提供了增強的溫度脈沖，即利用更短的壓區時，在不明顯降低機器速度的情況下，熱傳遞將不充分。
由于延伸的柔軟壓區局部變形所致，在紙張即纖維絮凝物的更厚且更致密區域上將取得更大程度的、更為均勻的壓力。因此避免了大的應力集中，并且在紙張的所有區域中將產生彈性-塑性變形。紙張表面將復制剛性加熱輥的平滑表面，而可變形的背襯將產生一柔性的支承，這將使紙張結構的密度和孔度分布更為均勻。
因此，利用延伸的柔軟壓區，能夠增加平均光澤度，而光澤度改變僅有限地增加。至于未壓光紙張，光澤度改變將或多或少基本保持在同一水平上，或者當使用柔軟壓區時只是稍稍地增加，而使用常規柔軟壓區或硬壓區時，將明顯地增加光澤度改變，同時平均光澤度值也將增加。圖1闡明了這些發現，其中未涂布漂白液體紙板用延伸柔軟的壓區、常規的壓區和硬壓區進行壓光。對于其它等級的試驗發現了同樣的規律。光澤度改變由Bryntse and Norman所述的方法(1976)表征。
圖1是其中光澤度分布(即光澤度局部改變)以光澤度改變系數(波長范圍3-30mm)來表示。另外還示出了平均光澤度(Tappi T-480)(空心圓圈)。測試點表示同一組未涂布漂白液體紙板不同的壓光條件。符號Base表示原紙，H表示硬壓區，S表示常規柔軟壓區，LN表示延伸的柔軟壓區，m表示恰好在壓光壓區之前施加蒸汽并且數字表示輥的溫度℃。
由圖1可以看出，利用新的壓光理論，獲得了光澤度絕對值相當明顯的增加。當未涂布漂白液體紙板在250℃的輥溫下并恰好在壓區之前將蒸汽施加至紙幅上，用延伸的柔軟壓區進行壓光時，光澤度從6％增加至41％。與此同時，PPS-10表面粗糙度從8降至3微米。紙板表面可見的壓印，與未涂布產品相比時，涂布產品將保留更多。
試驗印刷結果表明了本發明產品良好的印刷性能。與利用柔軟壓區的常規方法進行壓光的未涂布參考標準相比，印刷物雜色較少，這可能是由于均勻的表面結構和降低的表面孔度所致。十分重要的是，孔結構要相當均勻，以避免產生印刷物雜色的油墨吸收率的局部改變。此外，與參考標準相比，印刷物光澤度更高，這可能是由于更為緊密的表面(降低的表面孔度)所致的更高的油墨保持性。
另外還應指出的是，在某些情況下，利用新壓光理論所取得的結果，可能通過恰好在壓光壓區之前施加蒸汽而得以改善。當與濕度梯度相結合時，存在溫度梯度可能是特別有效的，這是因為水份將降低木材聚合物的軟化溫度(Salmen and Back1980)。
用于壓光操作的設備下面將描述用于完成新壓光理論的設備。
在開發工作中使用了兩種不同種類的延伸的柔軟壓光壓區。目標壓光結果，即根據本發明的產品能夠用這兩種種類的壓區取得。
另外也詳細描述了鞋—帶壓區(例如Turtinen and Tani 1998，Nahass andGrawford 1999)。絕大部分的裝置由靜態水力加載的凹面壓榨鞋和無端聚合物帶組成。為防止在靜態壓榨鞋和移動聚合物帶之間產生的摩擦熱過多，使用呈油膜狀的中間層，該中間層將消散壓力。壓榨鞋的長度和形狀是確定壓區長度的主要因素。
使用輥—帶構形，即第二種延伸的柔軟壓光機壓區(例如Neier and Rudt1995)。替代靜止的壓榨鞋，聚合物帶此時由可旋轉的鋼輥支承。延伸的壓區長度主要由聚合物帶的帶厚度和壓縮變形特性來確定，所述帶與常規背輥外套相比，明顯更易變形。使帶伸展的輥以及控制帶CD-位置的校準輥是該理論另外需要的部件。當利用延伸的柔軟壓區時，靜壓區的長度估計約35毫米。
壓光輥通常通過沿外周鉆孔的管流經輥外殼的油、水或水蒸汽加熱。然而，在這些試驗中，為了取得250℃以及更高的加熱輥表面溫度，使用了內部感應加熱。通過安裝在輥外殼內部的感應線圈產生的電磁場而產生加熱((Okamoto 1989Tokuden，Kyoto，Japan)。在本發明中，油加熱輥和外部感應加熱相結合可能是獲得250℃或更高溫度的另一替代方案。然而，這種可能性尚未在上面披露的試驗中使用。
參考資料Brecht W.and Müller G.(1968)“用光澤壓光機進行的試驗(Test performed witha gloss calender)”，Tappi，512，61A.
Bryntse G.and Norman B.(1976)“測量表面差異和印刷與未印刷樣品的漫反射的方法(A method to measure variations in surface and diffuse reflectance of printed andunprinted samples)”，Tappi，594，102.
Crotogino R.H.(1982)“溫度梯度壓光法(Temperature-gradient calendering)”，Tappi J.，6510，97.
Kerekes R.J.And Pye I.T.(1974)“新型印刷壓光溫度與負荷影響的實驗對比(Newsprint calenderingan experimental comparison of temperature and loading effects)”，Pulp Paper Can.，7511，T379.
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Neider T.M.and Rudt R.J.(1995)“連續紙張的整理用設備(Apparatus forfinishing a continuous sheet of paper)”，美國專利no.5 400 707，瑞典.
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Stevens R.K.，Mihelich W.G.and.Neill M.T(1989)“未涂磨木漿的級別用的在線壓光機(On-line soft calender for uncoated groundwood grades)”，Proc.TAPPI CoatingConference，TAPPI PRESS，Atlanta，USA，p.191.
Turtinen P.And Tani M.(1998)“OptiDwell-保持松厚度的新壓光方法(OptiDwel-The new bulk preserving calendering method)”，Proc.PITA Ann.Conference，53頁.
Vreeland J.H.(S.D.Warren Co.)(1986)“應用底物熱模塑來整理紙張的方法(Method of finishing paper utilizing substrata thermal molding)”，美國專利4,624,744.
Wikstrm M.，Nylund T.And Rigdahl，M.(1997)“在延伸的柔軟壓區內壓光涂布的紙和紙板(Calendering of coated paper and board in an extended soft nip)”，NordicPulp Paper Res.J.，124，289.
權利要求
1.一種帶有漂白化學漿頂層的單層或多層的未涂布的紙張或紙板產品，其特征在于所述頂層表面的光澤度值根據Tappi T480測量為20-50％，在3-30mm波長范圍內光澤度改變系數低于5％，并且根據ISO 8791-4測量的表面粗糙度(PPS-10)為2-5微米。
2.根據權利要求1的未涂布的紙張和紙板產品，其中根據ISO8791-4測量的表面粗糙度(PPS-10)為3-5微米。
3.根據權利要求1或2的未涂布的紙張和紙板產品，其中所述產品為流體紙板。
4.根據權利要求1或2的未涂布的紙張和紙板產品，其中所述產品為白色外層掛面。
5.根據權利要求1-4任一項的紙張和紙板產品在生產包裝中的用途。
6.一種權利要求1的未涂布的紙張和紙板產品的生產方法，其中紙張或紙板的壓光利用延伸的柔軟壓區壓光機進行，所述壓光機具有對著紙張或紙板的頂層壓榨的加熱輥并且表面溫度為250-350℃，并且根據線載荷、壓光帶的性能以及延伸的柔軟壓區的長度，將對著紙板的壓力調節至5-40MPa。
7.根據權利要求6的方法，所述加熱輥為內部感應加熱的金屬輥。
8.根據權利要求6或7的方法，其中，在將與加熱輥進行接觸的紙幅這一側上，恰好在壓區之前，將蒸汽施加至紙張或紙板產品上。
全文摘要
本發明描述了一種新質量的、帶有漂白化學漿頂面的、單層或多層的未涂布的紙張和紙板產品,如液體紙板或白色外層掛面。所述頂層表面的光澤度值為20－50%,在3－30mm波長范圍內光澤度改變系數低于5%,并且表面粗糙度(PPS－10)為2－5微米。所披露產品良好的適印性使之能夠用于生產包裝。所述產品可通過如下造紙方法得到:其中紙張或紙板的壓光利用延伸的柔軟壓區壓光機進行,所述壓光機具有加熱輥、例如內部感應加熱輥,并且表面溫度為250－350℃,并且對紙板的壓力為5－40MPa。任選地,可以通過將蒸汽施加至紙張或紙板頂面上而進行壓光操作。
文檔編號D21H25/04GK1387599SQ008143
公開日2002年12月25日 申請日期2000年10月17日 優先權日1999年10月19日
發明者S·哈坎松, M·維克斯特倫 申請人:科斯納斯有限公司