КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩИЕ РАСШИРЯЕМЫЕ МИКРОСФЕРЫ И ИОННОЕ СОЕДИНЕНИЕ, И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
COMPOSITION CONTAINING EXPANDABLE MICROSPHERES AND IONIC COMPOUND, AND USE AND PRODUCTION METHODS THEREOF

Настоящая заявка притязает на приоритет предварительной патентной заявки США с серийным номером 60/660,703, поданной 11 марта 2005 года, имеющей название "КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩИЕ РАСШИРЯЕМЫЕ МИКРОСФЕРЫ И ИОННОЕ СОЕДИНЕНИЕ, А ТАКЖЕ СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ", которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Область техники
-6
Настоящее изобретение относится к композициям, содержащим расширяемые микросферы и по меньшей мере одно ионное соединение и имеющим электрокинетический потенциал больше или равный нулю милливольт при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10 моль до 0,1 моль, а также к способам получения и использования композиции.
Уровень техники
Количество дорогостоящих целлюлозных волокон, присутствующих в бумажной основе, частично определяет плотность основы. Поэтому большие количества дорогостоящих целлюлозных волокон, присутствующих в бумажной основе, создают более плотную основу, имеющую высокую стоимость, тогда как низкие количества целлюлозных волокон, присутствующих в бумажной основе, создают менее плотную основу за меньшую стоимость. Уменьшение плотности бумажной продукции с покрытием и/или без покрытия и/или основы неизбежно ведет к уменьшению расходов на ее производство. Это относится к всей продукции бумажных основ и их использованию. Особенно это относится, например, к бумажным основам, используемым в производстве конвертов, картонной тары, а также других упаковочных материалов. Основы, используемые в производстве конвертов и упаковочной тары, имеют определенную толщину.
При уменьшении плотности бумажной основы при целевой толщине требуется меньше целлюлозных волокон для получения целевой толщины. Помимо сокращения производственных издержек, имеет значение эффективность производства, которая оценивается и реализуется при уменьшении плотности бумажной основы. Эта эффективность производства отчасти вызывается уменьшением требований к сушке (т.е. времени, трудозатрат, денежных средств и т.д.) в производстве бумажной основы.
Примеры уменьшения плотности базовой бумажной основы включают использование:
1) многослойных машин с объемными волокнами, такими как волокна ВСТМР (беленой химико-термомеханической целлюлозы) и другие механические волокна в центральных слоях картона;
2) расширенных секций зон контакта для уменьшения уплотнения при удалении воды; и
3) альтернативных технологий каландрирования, таких как горячее каландрирование мягкими каландрами, горячее каландрирование стальными каландрами, увлажнение паром, каландрирование в прессах с изогнутыми башмаками и т.д.
Однако эти потенциальные решения требуют высоких капитальных и текущих затрат. Таким образом, они могут быть экономически неосуществимы.
Кроме того, даже если вышеупомянутые дорогостоящие способы уменьшения плотности будут реализованы, давая бумажную основу целевой толщины, такая основа будет использоваться только в том случае, если по такой методике удастся получить приемлемо гладкую и сжимаемую поверхность бумажной основы. В настоящее время существует очень мало потенциальных дешевых решений по уменьшению плотности бумажной основы, имеющей приемлемую гладкость и сжимаемость для достижения значительного снижения пятнистости оттиска при приемлемой гладкости.
Бумажная продукция с покрытием или без покрытия, картон и/или основы низкой плотности крайне желательны с эстетической и экономической точек зрения. Однако существующие способы дают основы, имеющие плохое качество для печати. Кроме того, приемлемые уровни гладкости трудно достигнуть, используя известные способы.
Один способ решения вышеуказанных задач по низкой стоимости заключается в использовании расширяемых микросфер в бумажных основах. Эти способы можно, отчасти, найти в следующих патентах США: 6,846,529, 6,802,938, 5,856,389, и 5,342,649 и опубликованных патентных заявках: 20040065424, 20040052989 и 20010038893, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Однако выяснилось, что такие микросферы при применении для производства бумаги относительно плохо удерживаются в получаемой бумажной основе. В результате, расширяемые микросферы не вводятся в белую бумагу, и эффективность введения расширяемых микросфер в бумажные основы низкая, что создает еще одно дорогостоящее решение дополнительно к вышеупомянутому огромному количеству дорогостоящих решений.
Соответственно, все еще существует потребность в менее дорогостоящем и более эффективном решении для уменьшения плотности, увеличения объема и сохранения хороших эксплуатационных характеристик, таких как гладкость бумажной основы и отсутствие пятнистости оттиска.
Краткое описание изобретения
-6
В одном аспекте настоящее изобретение относится к композиции, содержащей по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. В одном варианте осуществления композиции имеет электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10моль до 0,1 моль. В еще одном варианте осуществления ионное соединение является по меньшей мере одним соединением, выбираемым из группы, состоящей из органического и неорганического ионных соединений. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно полиорганическое соединение. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение полиамина, и в еще одном варианте осуществления ионное соединение сшитое, разветвленное или представляет собой их сочетание. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение полиэтиленимина. В еще одном варианте осуществления ионное соединение имеет средневзвешенную молекулярную массу, которая составляет по меньшей мере 600 значений средневзвешенной молекулярной массы. Другие варианты осуществления относятся к способам изготовления и использования композиции.
-6
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к композиции, содержащей по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. В одном варианте осуществления композиция имеет электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10 моль до 0,1 моль. В другом варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение, выбираемое из группы, состоящей из органического и неорганического ионных соединений. В еще одном варианте осуществления ионное соединение является катионным. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере один член группы, состоящей из глинозема и кремнезема. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является коллоид и/или золь, содержащие по меньшей мере один член группы, состоящей из кремнезема, глинозема, оксида олова, диоксида циркония, оксида сурьмы, оксида железа и оксидов редкоземельных металлов. Другие варианты осуществления относятся к способам изготовления и использования композиции.
-6
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к частице, содержащей по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. В одном варианте осуществления композиция имеет электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше с ионной силой от 10моль до 0,1 моль. В другом варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы связана с ионным соединением. В еще одном варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы нековалентно связана с ионным соединением. В еще одном варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы является анионной. В еще одном варианте осуществления ионное соединение является катионным. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение, выбираемое из группы, состоящей из органического и неорганического ионных соединений. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно полиорганическое соединение. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение полиамина. В еще одном варианте осуществления ионное соединение сшитое, разветвленное или представляет собой их сочетание. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение полиэтиленимина. В еще одном варианте осуществления ионное соединение имеет средневзвешенную молекулярную массу, которая составляет по меньшей мере 600 значений средневзвешенной молекулярной массы. Другие варианты осуществления относятся к способам изготовления и использования композиции.
-6
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к частице, содержащей по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. В одном варианте осуществления композиция имеет электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше с ионной силой от 10моль до 0,1 моль. В другом варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы связана с ионным соединением. В еще одном варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы нековалентно связана с ионным соединением. В еще одном варианте осуществления наружная поверхность по меньшей мере одной расширяемой микросферы является анионной. В еще одном варианте осуществления ионное соединение является катионным. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере одно соединение, выбираемое из группы, состоящей из органического и неорганического ионных соединений. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является по меньшей мере один член группы, состоящей из глинозема и кремнезема. В еще одном варианте осуществления ионным соединением является коллоид и/или золь, содержащие по меньшей мере один член группы, состоящей из кремнезема, глинозема, оксида олова, диоксида циркония, оксида сурьмы, оксида железа и оксидов редкоземельных металлов. Другие варианты осуществления относятся к способам изготовления и использования композиции.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу изготовления композиций путем контакта по меньшей мере одной расширяемой микросферы с по меньшей мере одним ионным соединением для образования смеси. В еще одном варианте осуществления полученная смесь может быть далее центрифугирована для образования первой фазы, содержащей по меньшей мере одно ионное соединение, и второй фазы, содержащей частицу настоящего изобретения.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу изготовления композиции путем адсорбирования по меньшей мере одного ионного соединения на по меньшей мере одной расширяемой микросфере.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к бумажным и/или картонным основам с покрытием и/или без покрытия, содержащим и изготовленным согласно любому из вышеприведенных и нижеприведенных аспектов настоящего изобретения. Поэтому в одном варианте осуществления композиция настоящего изобретения может содержать некоторое множество целлюлозных волокон.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к изделиям и упаковочной таре, изготовленным из бумажных и/или картонных основ с покрытием и/или без покрытия, описанных в настоящем документе.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к основам, изделиям и/или упаковочной таре, содержащим от 0,1 до 5 мас.% множества расширяемых микросфер, причем основа, изделие и/или упаковочная тара имеет гладкость Sheffield меньше 250 единиц, измеренную методом TAPPI Т 538 om-1, и сканируемую пятнистость оттиска 2nd Cyan не больше 6. В одном варианте осуществления настоящего изобретения основа, изделие и/или упаковочная тара могут каландрироваться. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения наружная поверхность расширяемых микросфер связана с ионным соединением. В еще одном варианте осуществления основа, изделие и/или упаковочная тара содержит от 0,1 до 3 мас.% множества расширяемых микросфер. В еще одном варианте осуществления основа, изделие и/или упаковочная тара содержит от 0,1 до 2 мас.% множества расширяемых микросфер. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения основа, изделие и/или упаковочная тара содержит по меньшей мере один слой покрытия. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения слой покрытия состоит из по меньшей мере одного верхнего покрытия и по меньшей мере одного базового покрытия. В еще одном варианте осуществления основа, изделие и/или упаковочная тара имеет гладкость Sheffield меньше 250 единиц, измеренную методом TAPPI Т 538 om-1, и сканируемую пятнистость оттиска меньше 6 после каландрирования. В еще одном варианте осуществления основа, изделие и/+или упаковочная тара имеет гладкость поверхности Parker Print приблизительно от 1,0 до 0,5, измеренную методом TAPPI Т 555 om-99.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к изделию или упаковочной таре, содержащим по меньшей мере одну бумажную или картонную основу, где по меньшей мере одна основа содержит полотно целлюлозных волокон и наполнитель. В одном варианте осуществления масса изделия равна или меньше одной унции. В еще одном варианте осуществления изделие имеет массу, отличие которой от 1 унции является абсолютным значением, которое больше значения известной упаковочной тары, имеющей такое же количество слоев.
Все вышеуказанные аспекты и варианты осуществления, включая способы их изготовления и использования, подробно описаны ниже.
Подробное описание чертежей
Фиг.1: График пятнистости оттиска бумажной основы с покрытием против количества расширяемых микросфер в основе.
Фиг.2: График распределений размеров частиц микросфер до и после адсорбции ионного соединения (например, полиэтиленимина) на них.
Фиг.3: График электрокинетического потенциала частицы, образованной из низкомолекулярного и высокомолекулярного ионного соединения (например, полиэтиленимина), связанного с расширяемой микросферой (например, Х-100) при различном времени перемешивания и при различных массовых отношениях ионного соединения и расширяемой микросферы.
Фиг.4: График результатов анализов Britt Jar и результатов измерений пенообразователя (например, изобутана) как функция ионного соединения (низкомолекулярного и высокомолекулярного ионного соединения) (например, полиэтиленимина) от массового содержания расширяемых микросфер и времени перемешивания.
Фиг.5: График уменьшения плотности бумажных основ, содержащих композицию и/или частицу настоящего изобретения, как функция ионного соединения (низкомолекулярного и высокомолекулярного ионного соединения) (например, полиэтиленимина) от массового содержания расширяемых микросфер и времени перемешивания.
Подробное описание изобретения
Авторы настоящего изобретения нашли менее дорогостоящее и более эффективное решение для уменьшения плотности, увеличения объема и сохранения хороших эксплуатационных характеристик, таких как гладкость и отсутствие пятнистости оттиска бумажной основы.
Настоящее изобретение может быть осуществлено в любом известном способе изготовления бумажных или картонных основ. Примеры таких основ можно найти в учебниках, например, указанных в "Handbook for pulp and paper technologists" (Справочник для технологов целлюлозно-бумажной промышленности), G.A.Smook (1992), Angus Wilde Publications, который включен в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Поэтому одним вариантом осуществления настоящего изобретения является бумажная или картонная основа, содержащая расширяемые микросферы.
Количество расширяемых микросфер может изменяться и будет зависеть от совокупной массы основы или от конечного продукта в виде бумаги или картона. Бумажная основа может содержать больше 0,001 мас.%, более предпочтительно больше 0,02 мас.%, наиболее предпочтительно больше 0,1 мас.% расширяемых микросфер от совокупной массы основы. Кроме того, бумажная основа может содержать меньше 20 мас.%, более предпочтительно меньше 10 мас.%, наиболее предпочтительно меньше 5 мас.% расширяемых микросфер от совокупной массы основы. Количество расширяемых микросфер может составлять 0,001, 0,002, 0,005, 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0, 10,0, 11,0, 12,0, 13,0, 14,0, 15,0, 16,0, 17,0, 18,0, 19,0 и 20,0 мас.% от совокупной массы основы, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Расширяемые микросферы могут содержать расширяемую оболочку, образующую пустоту внутри микросферы. Расширяемая оболочка может содержать соединение, содержащее углерод и/или гетероатом. Примером соединения, содержащего углерод и/или гетероатом, может являться органический полимер и/или сополимер. Полимер и/или сополимер могут быть разветвленными и/или сшитыми.
Расширяемыми микросферами предпочтительно являются термически расширяемые пустотелые сферы из термопластичного полимера, содержащие термоактивируемое расширяющее вещество. Примеры композиций расширяемых микросфер, их содержимого, способов изготовления и использования можно найти в патентах США №3,615,972, 3,864,181, 4,006,273, 4,044,176 и 6,617,364, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Также можно сделать ссылку на опубликованные патентные заявки США 20010044477, 20030008931, 20030008932 и 20040157057, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Такие расширяемые микросферы, например, могут быть изготовлены из поливинилиденхлорида, полиакрилонитрила, полиалкилметакрилатов, полистирола или поливинилхлорида.
Хотя расширяемая микросфера настоящего изобретения может содержать любой полимер и/или сополимер, полимер предпочтительно имеет Tg, или температуру стеклования, в диапазоне от -150 до +180°С, предпочтительно от 50 до 150°С, наиболее предпочтительно от 75 до 125°С. Tg может составлять -150, -140, -130, -120, -110, -100, -90, -80, -70, -60, -50, -40, -30, -20, -10, 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 140, 150, 160, 170 и 180°С, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Микросферы также могут содержать по меньшей мере один пенообразователь, который после сообщения ему некоторого количества тепловой энергии развивает внутреннее давление на внутренней стенке микросферы таким образом, что давление заставляет микросферу расширяться. Пенообразователями могут быть жидкости и/или газы. Кроме того, примеры пенообразователей могут быть выбраны из молекул с низкой температурой кипения и их композиций. Такие пенообразователи могут выбираться из низших алканов, таких как неопентан, неогексан, гексан, пропан, бутан, пентан и их смесей и изомеров. Изобутан является лучшим пенообразователем для микросфер из поливинилиденхлорида. Подходящие нерасширенные и расширенные микросферы с покрытием раскрыты в патентах США №4,722,943 и 4,829,094, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Расширяемые микросферы настоящего изобретения могут иметь средний диаметр в диапазоне от 0,5 до 200 мкм, предпочтительно от 2 до 100 мкм, наиболее предпочтительно от 5 до 40 мкм в нерасширенном состоянии. Средний диаметр может составлять 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 и 200 мкм, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Кроме того, расширяемые микросферы настоящего изобретения могут иметь максимальное расширение от 1 до 15 средних диаметров, предпочтительно от 1,5 до 10 средних диаметров, наиболее предпочтительно от 2 до 5 средних диаметров. Максимальное расширение может составлять 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
-6
Расширяемые микросферы могут иметь отрицательный или положительный заряд. Кроме того, расширяемые микросферы могут иметь нейтральный заряд. Кроме того, расширяемые микросферы могут быть включены в композицию и/или частицу настоящего изобретения, которая имеет чистый электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10моль до 0,1 моль.
Одним вариантом осуществления настоящего изобретения является композиция или частица, содержащая расширяемую микросферу.
В композиции и/или частице настоящего изобретения расширяемые микросферы могут иметь нейтральный, отрицательный или положительный заряд, предпочтительно отрицательный заряд.
Кроме того, композиция и/или частица настоящего изобретения может содержать расширяемые микросферы с теми же физическими характеристиками, которые раскрыты выше и ниже, и могут быть включены в бумажную основу согласно настоящему изобретению таким же образом и в таких же количествах, как сказано выше и ниже для расширяемых микросфер.
Еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения является композиция и/или частица, содержащая по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. Расширяемая микросфера может иметь положительный, нейтральный и/или отрицательный заряд. Кроме того, ионное соединение может иметь положительный и/или отрицательный заряд. Предпочтительно, ионное соединение имеет чистый заряд, который противоположен чистому заряду расширяемой микросферы. Например, если чистый заряд расширяемой микросферы отрицательный, то чистый заряд ионного соединения может быть любым чистым зарядом, но предпочтительно чистым положительным зарядом.
-6
-6
В одном лучшем варианте осуществления, когда композиция и/или частица настоящего изобретения содержит расширяемые микросферы и по меньшей мере одно ионное соединение, композиция и/или частица настоящего изобретения имеет чистый электрокинетический потенциал, больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10 моль до 0,1 моль. Предпочтительно, чистый электрокинетический потенциал составляет от нуля до +500, предпочтительно больше или равен нулю и до +200, более предпочтительно больше или равен нулю и до +150, наиболее предпочтительно от +20 до +130 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10 моль до 0,1 моль, измеренный стандартными методами измерения электрокинетического потенциала, известными в области анализа и физики, предпочтительно методами, в которых используется микроэлектрофорез при комнатной температуре.
Композиция и/или частица настоящего изобретения имеет чистый электрокинетический потенциал 0, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85,90,95,100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450 и 500 мВ, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
-6
При измерении чистого электрокинетического потенциала частицы настоящего изобретения, предпочтительно такие потенциалы измеряют стандартными методами измерения электрокинетического потенциала, известными в области анализа и физики, предпочтительно методами, в которых используется микроэлектрофорез при комнатной температуре при любом значении рН, предпочтительно приблизительно 9,0 или меньше, более предпочтительно приблизительно 8,0 или меньше, наиболее предпочтительно приблизительно 7,0 или меньше, при ионной силе от 10 моль до 0,1 моль. Значение рН может составлять приблизительно 9,0, 8,5, 8,0, 7,5, 7,0, 6,5, 6,0, 5,5, 5,0, 4,5, 4,0, 3,5, 3,0, 2,5, 2,0, 1,5, 1,0 и 0,5, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
-6
-1
-6
-5
-4
-3
-2
-1
При измерении чистого электрокинетического потенциала композиции и/или частицы настоящего изобретения, предпочтительно такие потенциалы измеряют стандартными методами измерения электрокинетического потенциала, известными в области анализа и физики, предпочтительно методами, в которых используется микроэлектрофорез при комнатной температуре при любом значении рН, предпочтительно при значении рН приблизительно 9,0 или меньше, предпочтительно приблизительно 8,0 или меньше, наиболее предпочтительно приблизительно 7,0 или меньше, при любой ионной силе, предпочтительно от 10 моль до 10 моль. Ионная сила может составлять 10, 10, 10, 10, 10 и 10 моль, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Ионное соединение может быть анионным и/или катионным, предпочтительно катионным, если расширяемые микросферы являются анионными. Кроме того, ионное соединение может быть органическим, неорганическим и/или их смесями. Кроме того, ионное соединение может быть в форме суспензии и/или коллоида. Кроме того, ионное соединение может иметь размер частиц в диапазоне от 1 нм до 1 мкм, предпочтительно от 2 нм до 400 нм. Ионное соединение может иметь размер частиц 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 325, 350, 375, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000 нм, где 1000 нм равны 1 мкм, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Ионное соединение может быть любым из вспомогательных веществ и известных добавок, упомянутых ниже и/или известных в области изготовления бумаги. Более предпочтительно, ионное соединение может быть любым одним из или сочетанием средств удержания, упомянутых ниже.
-6
Массовое отношение ионного соединения и расширяемой микросферы в композиции и/или частице настоящего изобретения может составлять от 1:500 до 500:1, предпочтительно от 1:50 до 50:1, более предпочтительно от 1:10 до 10:1, если и пока композиция и/или частица имеет чистый электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10 моль до 0,1 моль. Массовое отношение ионное соединение/расширяемая микросфера может составлять 1:500, 1:400, 1:300, 1:200, 1:100, 1:50, 1:40, 1:30, 1:20, 1:10, 1:5, 1:1, 5:1, 10:1, 20:1, 30:1, 40:1, 50:1, 100:1, 200:1, 300:1, 400:1 и 500:1, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Ионное соединение может быть неорганическим. Примерами неорганического ионного соединения могут являться без ограничения кремнезем, глинозем, оксид олова, диоксид циркония, оксид сурьмы, оксид железа и оксиды редкоземельных металлов. Неорганическое соединение может предпочтительно быть в форме суспензии и/или коллоида и/или золя при контакте с расширяемой микросферой и иметь размер частиц в диапазоне от 1 нм до 1 мкм, предпочтительно от 2 нм до 400 мкм, если неорганическое ионное соединение находится в форме коллоида и/или золя, предпочтительное ионное соединение содержит кремнезем и/или глинозем.
Ионное соединение может быть органическим. Примерами ионного органического соединения могут быть соединения, содержащие углерод. Кроме того, ионное органическое соединение может содержать гетероатомы, такие как азот, кислород и/или галоген. Кроме того, ионное органическое соединение может содержать функциональную группу, содержащую гетероатом, такую как гидроксильную группу, аминогруппу, амидогруппу, карбонильную группу, карбоксильную группу и т.д. Кроме того, ионное органическое соединение может содержать больше одного положительного заряда, отрицательного заряда или их смесей. Ионное органическое соединение может быть полимерным и/или сополимерным, которое может, кроме того, быть циклическим, разветвленным и/или сшитым. Если ионное органическое соединение является полимерным и/или сополимерным, соединение предпочтительно имеет средневзвешенную молекулярную массу от 600 до 5 000 000, более предпочтительно от 1000 до 2 000 000, наиболее предпочтительно от 20 000 до 800 000. Средневзвешенная молекулярная масса ионного соединения может составлять 600, 700, 800, 900, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 7500, 10 000, 15 000, 20 000, 25 000, 30 000, 40 000, 50 000, 60 000, 70 000, 80 000, 90 000, 100 000, 200 000, 300 000, 400 000, 500 000, 600 000, 700 000, 800 000, 900 000, 1 000 000, 1 250 000, 1 500 000, 1 750 000, 2 000 000, 3 000 000, 4 000 000 и 5 000 000, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Предпочтительно, ионное органическое соединение может быть соединением, содержащим аминогруппу. Более предпочтительно, ионное органическое соединение может быть полиамином. Примеры включают без ограничения полидиаллилдиметиламмонийхлорид (DADMAC), поливиниламин и/или полиэтиленимин.
Композиция и/или частица настоящего изобретения может содержать по меньшей мере одну расширяемую микросферу и по меньшей мере одно ионное соединение. Расширяемая микросфера и ионное соединение могут находиться в контакте друг с другом. Например, ионное соединение находится в контакте с наружной и/или внутренней поверхностью расширяемой микросферы. Предпочтительно, ионное соединение находится в контакте с наружной поверхностью расширяемой микросферы. Такой контакт может включать без ограничения ситуации, когда расширяемая микросфера покрыта и/или пропитана ионным соединением. Без привязки к любой теории, ионное соединение связано с наружной поверхностью расширяемой микросферы ковалентными и/или нековалентными силами, предпочтительно нековалентными силами, для образования частицы, имеющей внутреннюю расширяемую микросферу и слой ионного соединения на наружной поверхности. Однако участки наружной поверхности расширяемой микросферы могут быть неполностью покрыты слоем ионного соединения, хотя другие участки наружной поверхности расширяемой микросферы могут фактически быть полностью покрыты слоем ионного соединения. Это может привести к тому, что некоторые участки наружной поверхности расширяемой микросферы будут оголены. Кроме того, наружная поверхность расширяемой микросферы может быть полностью покрыта слоем, содержащим по меньшей мере одно ионное соединение.
-6
-6
Композиция и/или частица настоящего изобретения может быть изготовлена путем контакта, смешивания, абсорбции, адсорбции и т.д. расширяемой микросферы с ионным соединением. Относительные количества расширяемой микросферы и ионного соединения могут быть определены известными средствами. Предпочтительно, относительные количества расширяемой микросферы и ионного соединения могут быть определены так, чтобы получаемая композиция и/или частица настоящего изобретения имела чистый электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10 моль до 0,1 моль. Предпочтительно, массовое отношение ионного соединения, контактирующего с расширяемой микросферой в композиции и/или частице настоящего изобретения, может составлять от 1:100 до 100:1, предпочтительно от 1:80 до 80:1, более предпочтительно от 1:1 до 1:60, наиболее предпочтительно от 1:2 до 1: 50, если и пока композиция и/или частица имеет чистый электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10 моль до 0,1 моль. Массовое отношение ионного соединения, контактирующего с расширяемой микросферой в композиции и/или частице настоящего изобретения, может составлять 1:100, 1:90, 1:80, 1:70, 1:60, 1:50, 1:40, 1:30, 1:20, 1:10, 1:1, 10:1, 20:1, 30:1, 40:1, 50:1, 60:1, 70:1, 80:1, 90:1 и 100:1, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
-6
Время контакта между ионным соединением и расширяемой микросферой может изменяться от миллисекунд до нескольких лет, пока ионное соединение и/или расширяемая микросфера имеет чистый электрокинетический потенциал больше или равный 0 мВ при рН приблизительно 9,0 или меньше при ионной силе от 10моль до 0,1 моль. Предпочтительно, контакт происходит в течение времени от 0,01 секунды до 1 года, предпочтительно от 0,1 секунды до 6 месяцев, более предпочтительно от 0,2 секунды до 3 недель, наиболее предпочтительно от 0,5 секунды до 1 недели.
Перед контактом расширяемой микросферы с ионным соединением и расширяемая микросфера, и ионное соединение могут быть сухими и/или в форме суспензии, мокрого слежавшегося осадка, твердыми, жидкими, в форме дисперсии, коллоида, геля, соответственно. Кроме того, и расширяемая микросфера и/или ионное соединение могут быть разбавленными и/или в форме концентрата.
Композиция и/или частица настоящего изобретения может иметь средний диаметр в диапазоне приблизительно от 0,5 до 200 мкм, предпочтительно от 2 до 100 мкм, наиболее предпочтительно от 5 до 40 мкм в нерасширенном состоянии. Средний диаметр композиции и/или частицы может составлять 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 и 200 мкм, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Кроме того, композиция и/или частица настоящего изобретения может иметь максимальное расширение от 1 до 15 средних диаметров, предпочтительно от 1,5 до 10 средних диаметров, наиболее предпочтительно от 2 до 5 средних диаметров. Максимальное расширение может составлять 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Композиция и/или частица настоящего изобретения может быть изготовлена посредством вышеупомянутого средства контакта до и/или во время процесса изготовления бумаги. Предпочтительно, расширяемая микросфера и ионное соединение контактируют для получения композиции и/или частицы настоящего изобретения, и затем полученная композиция и/или частица настоящего изобретения последовательно и/или одновременно контактирует с волокнами, как указано ниже.
Если бумажная основа настоящего изобретения содержит композицию и/или частицу настоящего изобретения, количество композиции и/или частицы настоящего изобретения может изменяться и будет зависеть от совокупной массы основы или конечного бумажного или картонного продукта. Бумажная основа может содержать больше 0,001 мас.%, более предпочтительно больше 0,02 мас.%, наиболее предпочтительно больше 0,1 мас.% композиции и/или частицы настоящего изобретения от совокупной массы основы. Кроме того, бумажная основа может содержать меньше 20 мас.%, более предпочтительно меньше 10 мас.%, наиболее предпочтительно меньше 5 мас.% композиции и/или частицы настоящего изобретения от совокупной массы основы. Количество композиции и/или частицы настоящего изобретения может составлять 0,001, 0,002, 0,005, 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0, 10,0, 11,0, 12,0, 13,0, 14,0, 15,0, 16,0, 17,0, 18,0, 19,0 и 20,0 мас.% от совокупной массы основы, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Бумажная основа содержит полотно целлюлозных волокон. Бумажная основа настоящего изобретения может содержать вторичные волокна и/или первичные волокна. Вторичные волокна отличаются от первичных волокон тем, что они прошли процесс сушки по меньшей мере один раз. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть волокон целлюлозы/древесной массы может быть получена из недревесных травянистых растений, включая без ограничения кенаф, коноплю, джут, лен, сизаль или абаку, хотя юридические ограничения и другие соображения могут сделать использование конопли и других источников волокон непрактичным или невозможным. В способе настоящего изобретения может использоваться волокна беленой или небеленой целлюлозы.
Бумажная основа настоящего изобретения может содержать от 1 до 99 мас.%, предпочтительно от 5 до 95 мас.% целлюлозных волокон от совокупной массы основы, включая 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 и 99 мас.% и включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Предпочтительно, источниками целлюлозными волокон являются хвойная и/или лиственная древесина.
Бумажная основа настоящего изобретения может содержать от 1 до 100 мас.%, предпочтительно от 10 до 60 мас.%, целлюлозных волокон из хвойных видов древесины от совокупного количества целлюлозных волокон в бумажной основе. Этот диапазон включает 1, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 и 100 мас.%, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах, от совокупного количества целлюлозных волокон в бумажной основе.
Бумажная основа может альтернативно или преимущественно содержать от 0,01 до 100 мас.% волокон хвойных видов древесины, наиболее предпочтительно от 10 до 60 мас.%, от совокупной массы бумажной основы. Бумажная основа содержит не больше чем 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 и 100 мас.% волокон хвойной древесины от совокупной массы бумажной основы, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Бумажная основа может содержать волокна хвойных видов древесины, которые имеют стандартную канадскую степень помола (csf) от 300 до 750, более предпочтительно от 450 до 750. Этот диапазон включает 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740 и 750 csf, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Стандартная канадская степень помола измеряется стандартным методом TAPPI Т-227.
Бумажная основа настоящего изобретения может содержать от 1 до 99 мас.%, предпочтительно от 30 до 90 мас.%, целлюлозных волокон лиственных видов древесины от совокупного количества целлюлозных волокон в бумажной основе. Этот диапазон включает 1, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 и 100 мас.%, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах, от совокупного количества целлюлозных волокон в бумажной основе.
Бумажная основа может альтернативно или преимущественно содержать от 0,01 до 100 мас.% волокон лиственных видов древесины, предпочтительно от 60 до 90 мас.%, от совокупной массы бумажной основы. Бумажная основа содержит не больше 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 99 и 100 мас.% мелких частиц от совокупной массы бумажной основы, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Бумажная основа может содержать волокна лиственных видов древесины, которые имеют стандартную канадскую степень помола (csf) от 300 до 750, более предпочтительно от 450 до 750 csf. Этот диапазон включает 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740 и 750 csf, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Стандартная канадская степень помола измеряется стандартным методом TAPPI Т-227.
Если бумажная основа содержит волокна лиственной и хвойной древесины, предпочтительно, чтобы соотношение лиственной/хвойной древесины составляло от 0,001 до 1000, предпочтительно от 90/10 до 30/60. Этот диапазон может включать 0,001, 0,002, 0,005, 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах, а также любые диапазоны и поддиапазоны, обратные таким отношениям.
Кроме того, хвойные и/или лиственные волокна, содержащиеся в бумажной основе настоящего изобретения, могут быть модифицированы физическими и/или химическими средствами. Примеры физических средств включают без ограничения электромагнитные и механические средства. Средства электрического модифицирования включают без ограничения средства, обеспечивающие контакт волокон с источником электромагнитной энергии, таким как свет и/или электрический ток. Средства механического модифицирования включают без ограничения средства, обеспечивающие контакт неодушевленного объекта с волокнами. Примеры таких неодушевленных объектов включают объекты с острыми и/или тупыми кромками. Такие средства включают, например, средства для резки, перемешивания, измельчения, прокалывания и т.д.
Примеры химических средств включают без ограничения известные средства модифицирования химических волокон, включая сшивание и осаждение комплексов на волокнах. Примеры такого модифицирования волокон можно найти без ограничения в патентах 6,592,717, 6,592,712, 6,582,557, 6,579,415, 6,579,414, 6,506,282, 6,471,824, 6,361,651, 6,146,494, Н1,704, 5,731,080, 5,698,688, 5,698,074, 5,667,637, 5,662,773, 5,531,728, 5,443,899, 5,360,420, 5,266,250, 5,209,953, 5,160,789, 5,049,235, 4,986,882, 4,496,427, 4,431,481,4,174,417, 4,166,894, 4,075,136 и 4,022,965, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Кроме того, способ модифицирования волокон содержится в патентной заявке США №60/654,712, поданной 19 февраля 2005 года, который может включать в себя добавление оптических осветлителей, и эта заявка включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Источниками "мелких частиц" могут быть волокна SaveAll, потоки вторичных волокон, потоки отбракованных волокон, потоки отходов волокон. Количество "мелких частиц" в бумажной основе может быть изменено путем регулирования расхода при добавлении таких потоков в процессе изготовления бумаги.
Бумажная основа предпочтительно содержит сочетание лиственных волокон, хвойных волокон и "мелких частиц". "Мелкие частицы", как сказано выше, являются оборотными и обычно имеют среднюю длину не больше 100 мкм, предпочтительно не больше 90 мкм, более предпочтительно не больше 80 мкм и наиболее предпочтительно не больше 75 мкм. Длина мелких частиц волокон предпочтительно не больше 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 и 100 мкм, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Бумажная основа содержит от 0,01 до 100 мас.% мелких частиц, предпочтительно от 0,01 до 50 мас.%, наиболее предпочтительно от 0,01 до 15 мас.% от совокупной массы основы. Бумажная основа содержит не более 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 и 100 мас.% мелких частиц от совокупной массы бумаги, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Бумажная основа может альтернативно или преимущественно содержать от 0,01 до 100 мас.% мелких частиц, предпочтительно от 0,01 до 50 мас.%, наиболее предпочтительно от 0,01 до 15 мас.% от совокупной массы волокон, содержащихся в бумажной основе. Бумажная основа содержит не больше 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 и 100 мас.% мелких частиц от совокупной массы волокон, содержащихся в бумажной основе, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
В одном из лучших вариантов осуществления любые из вышеуказанных волокон могут быть обработаны для получения высокого значения яркости ISO. Примеры таких волокон, обработанных таким порядком, включают без ограничения волокна, описанные в патентной заявке США №11/358,543, поданной 21 февраля 2006 года, с названием "ВОЛОКНИСТАЯ МАССА И БУМАГА С ПОВЫШЕННОЙ ЯРКОСТЬЮ", которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки, и в патентной заявке РСТ №PCT/US06/06011, поданной 21 февраля 2006 года, с названием "ВОЛОКНИСТАЯ МАССА И БУМАГА С ПОВЫШЕННОЙ ЯРКОСТЬЮ", которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Хотя волокнистая масса, волокна и/или бумажная основа могут иметь любую яркость и/или белизну CIE, в данном варианте осуществления предпочтительны следующие значения яркости и/или белизны CIE.
Предпочтительно, волокна и/или волокнистая масса и/или бумажная основа настоящего изобретения могут иметь любую белизну CIE, но предпочтительно имеют белизну CIE больше 70, более предпочтительно больше 100, наиболее предпочтительно больше 125 или даже больше 150. Белизна CIE может находиться в диапазоне от 125 до 200, предпочтительно от 130 до 200, наиболее предпочтительно от 150 до 200. Диапазон белизны CIE может быть больше или равен 70, 80, 90, 100, 110, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 65, 170, 175, 180, 185, 190, 195 и 200 пунктов, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Примеры измерения белизны CIE и получения такой белизны в волокнах и изготовленной из них бумаге можно найти, например, в патенте США №6,893,473, который включен в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Волокна, волокнистая масса и/или бумажная основа настоящего изобретения могут иметь любую яркость ISO, но предпочтительно больше 80, более предпочтительно больше 90, наиболее предпочтительно больше 95 пунктов. Белизна ISO может составлять предпочтительно от 80 до 100, более предпочтительно от 90 до 100, наиболее предпочтительно от 95 до 100 пунктов. Этот диапазон включает значения больше или равные 80, 85, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, и 100 пунктов яркости ISO, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Примеры измерения яркости ISO и получения такой яркости в волокне для изготовления бумаги и изготовленной из него бумаге можно найти, например, в патенте США №6,893,473, который включен в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Бумажная основа настоящего изобретения может иметь рН от 1,0 до 14,0, предпочтительно от 4,0 до 9,0, измеренный любым известным методом, например маркером/пером для измерения рН и методами TAPPI 252 и 529 (проверка горячей экстракцией и/или проверка рН поверхности). Этот диапазон включает значения рН 4,0, 4,5, 5,0, 5,5, 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0, 8,5 и 9,0, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Бумажная основа согласно настоящему изобретению может быть изготовлена на бумагоделательной машине с любой базовой массой. Бумажная основа может иметь высокую или низкую базовую массу, включая базовую массу по меньшей мере 10 фунтов/3000 кв. футов, предпочтительно от по меньшей мере 20 до 500 фунтов/3000 кв. футов, более предпочтительно от по меньшей мере 40 до 325 фунтов/3000 квадратных футов. Базовая масса может составлять 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 425, 450, 475 и 500 фунтов/3000 кв. футов, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Конечно, эти значения массы могут быть легко пересчитаны в значения на 1300 кв. футов.
Бумажная основа согласно настоящему изобретению может иметь кажущуюся плотность от 1 до 20, предпочтительно 4 до 14, наиболее предпочтительно от 5 до 10 фунтов/3000 кв. футов на 0,001 дюйма толщины. Бумажная основа может иметь кажущуюся плотность 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 и 20 фунтов/3000 кв. футов на 0,001 дюйма толщины, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Конечно, эти значения могут быть легко пересчитаны в значения на 1300 кв. футов.
Бумажная основа согласно настоящему изобретению может иметь толщину от 2 до 35 милов (1 мил=0,001 дюйма=25,4 мкм), предпочтительно от 5 до 30 милов, более предпочтительно от 10 до 28 милов, наиболее предпочтительно от 12 до 24 милов. Бумажная основа может иметь толщину 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 и 35 милов, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Любое из вышеприведенных значений толщины может являться толщиной бумажной основы настоящего изобретения либо до, либо после каландрирования, как сказано ниже.
Бумажная основа согласно настоящему изобретению может иметь гладкость Sheffield меньше 400 единиц (SU). Однако предпочтительная гладкость Sheffield будет определяться назначением конечного продукта, для которого используется бумажная основа. Предпочтительно, бумажная основа согласно настоящему изобретению может иметь гладкость Sheffield меньше 350 SU, более предпочтительно меньше 250 SU, наиболее предпочтительно меньше 200 SU, измеренную методом TAPPI Т 538 om-1, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Бумажная основа может иметь гладкость Sheffield 400, 350, 300, 275, 250, 225, 200, 190, 180, 170, 160, 150, 140, 130, 120, 110, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 и 10, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Гладкость Sheffield бумажной основы настоящего изобретения улучшается по меньшей мере на 1%, предпочтительно по меньшей мере на 20%, более предпочтительно по меньшей мере на 30% и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 50% по сравнению с гладкостью известных бумажных основ, не содержащих расширяемые микросферы и/или композиции и/или частицы настоящего изобретения. Гладкость Sheffield бумажной основы настоящего изобретения улучшается на 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000% по сравнению с гладкостью известных бумажных основ, не содержащих расширяемые микросферы и/или композиции и/или частицы настоящего изобретения.
Бумажная основа настоящего изобретения может также содержать дополнительные вещества, включая средства удержания, проклеивающие агенты, связующие, наполнители, загустители и консерванты. Примеры наполнителей включают без ограничения глину, карбонат кальция, полугидрат сульфата кальция и дигидрат сульфата кальция. Предпочтительным наполнителем является карбонат кальция, причем предпочтительной формой является осажденный карбонат кальция. Примеры связующих включают без ограничения поливиниловый спирт, Amres (типа кимена), Вауеr Parez, эмульсию полихлорида, модифицированный крахмал, такой как гидроксиэтиловый крахмал, крахмал, полиакриламид, модифицированный полиакриламид, высокомолекулярный спирт, продукт присоединения карбонильной группы к высокомолекулярному спирту, конденсат этандиала/высокомолекулярного спирта, полиамид, эпихлоргидрин, глиоксаль, глиоксальмочевину, этандиал, алифатический полиизоцианат, изоцианат, 1,6-гексаметилендиизоцианат, диизоцианат, полиизоцианат, полиэфир, полиэфирную смолу, полиакрилат, полиакрилатную смолу, акрилат и метакрилат. Другие дополнительные вещества включают без ограничения кремнеземы, такие как коллоиды и золи. Примеры кремнеземов включают без ограничения силикат натрия и/или боросиликаты. Другими примерами дополнительных веществ являются растворители, включая без ограничения воду.
Бумажная основа настоящего изобретения может содержать средства удержания, выбираемые из группы, состоящей из коагулирующих агентов, флоккулирующих агентов и захватывающих агентов, диспергированных в добавках, повышающих объем и пористость целлюлозных волокон.
Средства удержания для добавок, увеличивающих объем, должны удерживать значительную процентную долю добавки в середине картона, а не на периферии. Подходящие средства удержания проявляют свои свойства посредством коагуляции, флоккуляции или захвата добавки, увеличивающей объем. Коагуляция включает осаждение первоначально диспергированных коллоидных частиц. Такое осаждение может осуществляться путем нейтрализации заряда или образования участков высокой зарядовой плотности на поверхности частиц. Поскольку природные частицы, такие как мелкие частицы, волокна, глины и т.д., являются анионными, коагуляция преимущественно достигается путем добавления катионных материалов к общей системе. Такие выбираемые катионные материалы предпочтительно имеют высокое отношение заряда к массе. Подходящие коагулянты включают неорганические соли, такие как квасцы или хлорид алюминия, и продукты их полимеризации, например, ПАХ или полиалюминий хлорид, или синтетические полимеры, полидиаллил-диметиламмонийхлорид - DADMAC), полидиметиламин-ко-эпихлоргидрин, полиэтиленимин, поли-3-бутенилтриметиламмонийхлорид, поли-4-этенилбензилтриметиламмонийхлорид, поли-2,3-эпоксипропилтриметиламмонийхлорид, поли-5-изопренилтриметиламмонийхлорид и полиакрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорид. Другие подходящие катионные соединения, имеющие высокое отношение заряда к массе, включают все полисульфоновые соединения, такие как, например, полимер, полученный из продукта присоединения 2-хлорметила, 1,3-бутадиена и диалкилсульфида, все полиамины, полученные реакцией аминов, таких как, например, этилендиамина, диэтилентриамина, триэтилентетраамина, или различных диалкиламинов с бисгало-, бисэпокси- или хлоргидриновыми соединениями, такими как, например, 1-2 дихлорэтан, 1,5-диэпоксигексан или эпихлоргидрин, все полимеры гуанидина, такие как, например, продукт гуанидина и формальдегида с полиаминами или без них. Предпочтительным коагулянтом является полидиаллилдиметиламмонийхлорид (DADMAC), имеющий молекулярную массу приблизительно 90 000 - 200 000 и полиэтиленимин, имеющий молекулярную массу приблизительно 600 000 - 5 000 000. Молекулярные массы всех полимеров и сополимеров в этой заявке основаны на средневзвешенной молекулярной массе, обычно используемой для измерения молекулярных масс полимерных систем.
Еще одной предпочтительной системой удержания, подходящей для производства картона настоящего изобретения, является флоккуляция. Это, в основном, образование мостиковых связей или сетчатых структур частиц через противоположно заряженные макромолекулы высокой молекулярной массы. Альтернативно, мостиковая связь осуществляется путем применения двойных полимерных систем. Макромолекулами, подходящими для использования одной добавки, являются катионные крахмалы (амилаза и амилопектин), катионный полиакриламид, например полиакриламид-ко-диаллилдиметиламмонийхлорид, полиакриламид-ко-акрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорид, катионные растительные клеи, хитозан и катионные полиакрилаты. Природные макромолекулы, такие как, например, крахмалы и растительные клеи, приобретают катионные свойства обычно после обработки их 2,3-эпоксипропилтриметиламмонийхлоридом, но могут также использоваться и другие соединения, такие как, например, 2-хлорэтилдиалкиламин, акрилоилоксиэтилдиалкиламмонийхлорид, акриламидоэтилтриалкиламмонийхлорид и т.д. Двойными добавками, используемыми для двойных полимерных систем, являются любые из соединений, имеющих свойства коагулянтов плюс анионную макромолекулу высокой молекулярной массы, такие как, например, анионные крахмалы, карбоксиметилцеллюлоза, анионные растительные клеи, анионные полиакриламиды (например, полиакриламид-ко-акриловая кислота) или мелко диспергированные коллоидные частицы (например, коллоид коллоидный кремнезем, коллоидный оксид алюминия, бентонитовая глина или полимерные микрочастицы, предлагаемые компанией Cytec Industries под наименованием Polyflex). Природные макромолекулы, такие как, например, целлюлоза, крахмал и растительные клеи, обычно приобретают анионные свойства после обработки их хлоруксусной кислотой, но могут использоваться и другие способы, такие как фосфорилирование. Подходящими флоккулирующими агентами являются азотсодержащие органические полимеры, имеющие молекулярную массу приблизительно от 100 000 до 30 000 000. Предпочтительные полимеры имеют молекулярную массу приблизительно от 10 000 000 до 20 000 000. Наиболее предпочтительные полимеры имеют молекулярную массу приблизительно от 12 000 000 до 18 000 000. Подходящими высокомолекулярными полимерами являются полиакриламиды, анионные акриламидные-акрилатные полимеры, катионные акриламидные сополимеры, имеющие молекулярную массу приблизительно от 500 000 до 30 000 000, и полиэтиленимины, имеющие молекулярные массы приблизительно от 500 000 до 2 000 000.
Третьим способом удержания наполнителя в полотне волокон является захват. Он представляет собой механический захват частиц в структуре волокон. Захват достигается путем образования максимально возможной сетчатой структуры, например, путем образования сетей в присутствии высокомолекулярных анионных полиакриламидов или высокомолекулярных полиэтиленоксидов (ПЭО). Альтернативно, молекулярные сети образуются в сетчатой структуре путем реакции двойных добавок, таких как, например, ПЭО и фенольной смолы.
Эти дополнительные вещества могут быть диспергированы по поперечному сечению бумажной основы или могут быть сконцентрированы в большей степени внутри поперечного сечения бумажной основы. Кроме того, другие дополнительные вещества, такие как связующие и/или проклеивающие агенты, могут, например, иметь более высокую концентрацию в направлении наружных поверхностей поперечного сечения бумажной основы. Более конкретно, большая часть процентного содержания дополнительных веществ, таких как связующие или проклеивающие агенты, могут быть, предпочтительно, расположены на расстоянии от наружной поверхности основы, которое равно или меньше 25%, более предпочтительно 10%, от общей толщины основы. Примерами локализации таких дополнительных веществ, как связующие и проклеивающие агенты, как функции поперечного сечения основы, являются, например, бумажные основы "двутаврового профиля", которые упомянуты в предварительной патентной заявке США №60/759,629 с названием "БУМАЖНЫЕ ОСНОВЫ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРОКЛЕИВАЮЩЕГО АГЕНТА НА ПОВЕРХНОСТИ И НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРОКЛЕИВАЮЩЕГО АГЕНТА ВНУТРИ И С ВЫСОКОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТАБИЛЬНОСТЬЮ", которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Кроме того, примеры добавления наполнителей можно найти в предварительной патентной заявке США №60/759,630 с названием "БУМАЖНЫЕ ОСНОВЫ, СОДЕРЖАЩИЕ НАПОЛНИТЕЛЬ, С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРОКЛЕИВАЮЩЕГО АГЕНТА НА ПОВЕРХНОСТИ И НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРОКЛЕИВАЮЩЕГО АГЕНТА ВНУТРИ И С ВЫСОКОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТАБИЛЬНОСТЬЮ", которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки, и патентной заявке США №10/662,699, теперь опубликованной с номером публикации 2004-0065423, имеющей название "БУМАГА С ПОВЫШЕННОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ И ОБЪЕМОМ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ", которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Одним примером связующего является поливиниловый спирт, например поливиниловый спирт со степенью гидролиза в диапазоне от 100% до 75%. Степень гидролиза поливинилового спирта может составлять 75, 76, 78, 80, 82, 84, 85, 86, 88, 90, 92, 94, 95, 96, 98 и 100%, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Бумажная основа настоящего изобретения может также содержать ПВС в количестве от 0,05 мас.% до 20 мас.% от совокупной массы основы. Этот диапазон включает 0,001, 0,002, 0,005, 0,006, 0,008, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,5, 0.6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 2, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 15, 16, 18 и 20 мас.% от совокупной массы основы, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Бумажная основа настоящего изобретения может также содержать поверхностный проклеивающий агент, такой как крахмал и/или его модифицированные и/или функциональные эквиваленты в количестве от 0,05 мас.% до 20 мас.%, предпочтительно от 5 до 15 мас.%, от совокупной массы основы. Массовое содержание крахмала в основе может составлять 0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 2, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 15, 16, 18 и 20 мас.% от совокупной массы основы, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Примеры модифицированных крахмалов включают, например, окисленные, катионные, этилированные, гидроксиэтилированные и т.д. Примерами функциональных эквивалентов являются без ограничения поливиниловый спирт, поливиниламин, альгинат, карбоксиметилцеллюлоза и т.д.
Бумажная основа может быть изготовлена путем контакта расширяемых микросфер, и/или композиции, и/или частицы настоящего изобретения с целлюлозными волокнами последовательно и/или одновременно. Кроме того, контакт может проходить при приемлемых уровнях концентрации, которые обеспечивают наличие в бумажной основе настоящего изобретения любого из вышеуказанных количеств целлюлозы и расширяемых микросфер, и/или композиции, и/или частицы настоящего изобретения, как в отдельности, так и в любом их сочетании. Более конкретно, бумажная основа настоящего изобретения может быть изготовлена путем добавления от 0,25 до 20 фунтов расширяемых микросфер, и/или композиции, и/или частицы на тонну целлюлозных волокон. Количество расширяемых микросфер, и/или композиции, и/или частицы на тонну целлюлозных волокон может составлять 0,25, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 и 20 фунтов.
Контакт может происходить в любое время в процессе изготовления бумаги, включая без ограничения массу до прессования, массу после прессования, напорный ящик и меловальную установку, причем предпочтительным местом добавления является масса после прессования. Кроме того, точки добавления включают резервуар, формующий ящик и сторону всасывания насоса вентилятора.
Бумажная основа может быть также изготовлена путем контакта дополнительных веществ с целлюлозными волокнами. Контакт может происходить в любое время в процессе изготовления бумаги, включая без ограничения массу до прессования, массу после прессования, напорный ящик, клеильный пресс, водяной резервуар и меловальную установку. Кроме того, точки добавления включают резервуар, формующий ящик и сторону всасывания насоса вентилятора. Целлюлозные волокна, расширяемые микросферы и/или дополнительные компоненты могут вводиться в контакт последовательно, поочередно и/или одновременно в любом сочетании друг с другом. Целлюлозные волокна и расширяемые микросферы могут быть предварительно смешаны в любом сочетании перед добавлением или во время процесса изготовления бумаги.
Бумажная основа может прессоваться в прессовой части, содержащей одну или несколько зон контакта. Однако может быть использовано любое средство прессования, известное в области изготовления бумаги. Зоны контакта могут быть без ограничения с одним фетром, двумя фетрами, валами и расширенной зоной контакта в прессах. Однако может быть использована любая зона контакта, известная в области изготовления бумаги.
Бумажная основа может сушиться в секции сушки. Может быть использовано любое средство сушки, известное в области изготовления бумаги. Секция сушки может содержать сушильный барабан, сушильный цилиндр, сушильное средство Condebelt, инфракрасное средство или другие средства и механизмы сушки, известные в данной области. Бумажная основа может быть высушена до любого выбранного содержания воды. Предпочтительно, основа высушивается до содержания воды, меньше или равного 10%.
Бумажная основа может быть пропущена через клеильный пресс, в котором может использоваться любое средство проклейки, известное в области изготовления бумаги. Клеильный пресс может быть прессом с клеильной ванной (наклонным, вертикальным, горизонтальным) или дозируемым прессом (например, по шаберу, по стержню). В клеильном прессе такие проклеивающие агенты, как связующие, могут контактировать с основой. По выбору, те же самые проклеивающие агенты могут быть добавлены в процессе изготовления бумаги перед сушкой. После проклейки бумажная основа может снова подвергаться или не подвергаться сушке в вышеуказанных средствах, приведенных в качестве примера, и других средствах сушки, известных в области изготовления бумаги. Бумажная основа может быть высушена до любого выбранного содержания воды. Предпочтительно, основа высушивается до содержания воды, меньше или равного 10%.
Бумажная основа может каландрироваться любыми средствами каландрирования, известными в области изготовления бумаги. Более конкретно, можно использовать, например, мокрое каландрирование, сухое каландрирование, каландрирование в стальной зоне контакта, горячее каландрирование в мягком каландре или каландрирование в расширенной зоне контакта и т.д. Без привязки к любой теории, авторы полагают, что присутствие расширяемых микросфер, и/или композиции и/или частицы настоящего изобретения могут снижать требования к жестким средствам и средам каландрирования для некоторых бумажных основ в зависимости от предполагаемого конечного использования. Во время каландрирования основа может подвергаться любому давлению в зоне контакта. Однако, предпочтительно, давление в зоне контакта может составлять от 5 до 50 фунтов на кв. дюйм, более предпочтительно от 5 до 30 фунтов на кв. дюйм. Давление в зоне контакта может составлять 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 и 50 фунтов на кв. дюйм, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Бумажная основа может подвергаться микрофинишной обработке любым средством микрофинишной обработки, известным в области изготовления бумаги. Микрофинишная обработка является средством, включающим процессы трения для финишной отделки поверхностей бумажной основы. Бумажная основа может подвергаться микрофинишной обработке с каландрированием или без него, применяемым последовательно и/или одновременно. Примеры средств микрофинишной обработки можно найти в опубликованной патентной заявке США №20040123966 и указанных в ней справочных материалах, которые совместно и в полном объеме включены в настоящий документ путем ссылки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения бумажная основа может являться бумажной основой с покрытием. Соответственно в этом варианте осуществления бумажная или картонная основа настоящего изобретения может также содержать по меньшей мере один слой покрытия, включающий, по выбору, два слоя покрытия и/или некоторое множество их. Слой покрытия может быть нанесен по меньшей мере на одну поверхность бумажной и/или картонной основы, включая ее две поверхности. Кроме того, слой покрытия может проникать в картонную и/или бумажную основу. Слой покрытия может содержать связующее. Кроме того, слой покрытия может также дополнительно содержать пигмент. Другими дополнительными компонентами слоя покрытия являются поверхностно-активные вещества, диспергирующие средства и другие известные добавки для печатных композиций.
Слой покрытия может содержать полимер и/или сополимер покрытия, который может быть разветвленным и/или сшитым. Полимерами и сополимерами, подходящими для этой цели, являются полимеры, имеющие температуру плавления ниже 270°С и температуру стеклования (Tg) в диапазоне от -150 до +120°С. Полимеры и сополимеры содержат углерод и/или гетероатомы. Примерами подходящих полимеров могут быть полиолефины, такие как полиэтилен и полипропилен, нитроцеллюлоза, полиэтилентерефталат, Saran и сополимеры стирола и акриловой кислоты. Типичными полимерами покрытия являются, помимо прочих, метилцеллюлоза, сополимер ацетата и карбоксиметилцеллюлозы, сополимер винилацетата, сополимер стирола и бутадиена и сополимер стирола и акрила. Может использоваться любая стандартная композиция покрытия для бумажной и/или картонной основы, например, такие как композиции и способы, описанные в патенте США №6,379,497, который включен в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Однако примеры предпочтительной композиции покрытия, которую можно использовать, можно найти в патентной заявке США с серийным номером 10/945,306, поданной 20 сентября 2004 г., которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Слой покрытия может содержать один слой или несколько слоев любой известной толщины, которая необходима, и быть получен стандартными способами, особенно печатными способами. Например, слой покрытия может содержать базовый слой и верхний слой. Базовый слой может, например, содержать термопластичные частицы низкой плотности и, по выбору, первое связующее. Верхний слой может, например, содержать по меньшей мере один пигмент и, по выбору, второе связующее, которое может быть таким же, как и в базовом слое, или отличаться от первого связующего. Частицы базового слоя и по меньшей мере один пигмент верхнего слоя могут быть диспергированы в соответствующих связующих.
Толщина слоя покрытия может изменяться в широких пределах, и можно использовать любую толщину. Обычно толщина слоя покрытия составляет приблизительно от 1,8 до приблизительно 9,0 мкм как минимум в зависимости от средней плотности и массового отношения каждого компонента покрытия. Толщина слоя покрытия предпочтительно составляет от приблизительно 2,7 до приблизительно 8,1 мкм и более предпочтительно от приблизительно 3,2 до приблизительно 6,8 мкм. Толщина слоя покрытия может составлять 1,8, 2,0, 2,2, 2,5, 2,7, 3,0, 3,2, 3,5, 3,7, 4,0, 4,2, 4,5, 4,7, 5,0, 5,2, 5,5,. 5,7, 6,0, 6,2, 6,5, 6,7, 7,0, 7,2, 7,5, 7,7, 8,0, 8,2, 8,5, 8,7 и 9,0 мкм, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Масса слоя покрытия может изменяться в широких пределах, и можно использовать любое известное покрытие. Базовые покрытия обычно наносят на бумажные основы в количестве от приблизительно 4 до 20 г/см. Масса базового покрытия предпочтительно составляет от 6 до приблизительно 18 г/см и более предпочтительно от 7 до приблизительно 15 г/см. Масса базового покрытия составляет 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 и 20 г/см, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Хотя бумажная основа с покрытием или без покрытия может иметь любую базовую массу, в одном варианте осуществления бумажная основа согласно настоящему изобретению с покрытием может иметь базовую массу от по меньшей мере 20 фунтов/3000 кв. футов, предпочтительно от 140 до 325 фунтов/3000 кв. футов. Бумажная основа с покрытием может иметь базовую массу 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320 и 325, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Хотя бумажная основа с покрытием или без покрытия может иметь любую кажущуюся плотность, в одном варианте осуществления бумажная основа согласно настоящему изобретению с покрытием может иметь кажущуюся плотность от 4 до 12, предпочтительно от 5 до 10 фунтов/3000 кв. футов на 0,001 дюйма толщины. Кажущаяся плотность бумажной основы этого варианта осуществления с покрытием может составлять 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 фунтов/3000 кв. футов на 0,001 дюйма толщины, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Хотя бумажная основа с покрытием или без покрытия может иметь любую кажущуюся плотность, в одном варианте осуществления бумажная основа согласно настоящему изобретению с покрытием может иметь толщину от 8 до 32 милов, предпочтительно от 12 до 24 милов. Толщина бумажной основы этого варианта осуществления с покрытием может составлять 8, 10, 12, 13, 14. 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 26, 28, 30 и 32 мила, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Хотя бумажная основа с покрытием или без покрытия может иметь любую гладкость Sheffield, в одном варианте осуществления бумажная основа согласно настоящему изобретению с покрытием может иметь гладкость Sheffield меньше 50, предпочтительно меньше 30, более предпочтительно меньше 20 и наиболее предпочтительно меньше 15, измеренную методом TAPPI Т 538 om-1. Гладкость Sheffield бумажной основы данного варианта осуществления с покрытием может составлять 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 и 5 единиц, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Гладкость Sheffield можно измерять до или после каландрирования. Гладкость Sheffield основы настоящего изобретения с покрытием улучшается на 10%, предпочтительно на 20%, более предпочтительно на 30% и наиболее предпочтительно на 50% по сравнению с гладкостью известных бумажных основ с покрытием, не содержащих расширяемых микросфер, композиции и/или частицы настоящего изобретения.
2
2
2
Хотя бумажная основа с покрытием или без покрытия может иметь любую шероховатость поверхности, измеренную аппаратом Parker Print (10 кгс/см), в одном варианте осуществления бумажная основа согласно настоящему изобретению с покрытием может иметь шероховатость, измеренную аппаратом Parker Print (10 кгс/см), меньше или равную 2, предпочтительно меньше 1,5, более предпочтительно меньше 1,3 и наиболее предпочтительно приблизительно от 1,0 до 0,5, измеренную методом TAPPI Т 555 om-99. Для бумажной основы настоящего изобретения с покрытием шероховатость поверхности, измеренная аппаратом Parker Print (10 кгс/см), может составлять 2,0, 1,8, 1,6, 1,4, 1,2, 1,0, 0,8, 0,6, 0,4 и 0,2, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Для бумажной основы настоящего изобретения с покрытием шероховатость поверхности, измеренная аппаратом Parker Print, улучшается на 5%, предпочтительно на 20%, более предпочтительно на 30% и наиболее предпочтительно на 40% по сравнению с шероховатостью известных бумажных основ, не содержащих расширяемые микросферы, композиции и/или частицы настоящего изобретения. Предпочтительно, шероховатость поверхности, измеренная аппаратом Parker Print, улучшается на 10-20% по сравнению с шероховатостью известных бумажных основ, не содержащих расширяемые микросферы, композиции и/или частицы настоящего изобретения.
Бумажная основа согласно настоящему изобретению с покрытием может иметь улучшенную пятнистость оттиска цвета 2nd Cyan, измеренную сканером. Пятнистость определяется сканером в следующем порядке. Выбираются типичные образцы оттисков на бумаге с покрытием, содержащим пигмент, или на картоне, которые получены при контролируемых условиях коммерческой офсетной печати голубой краской при значении плотности, измеренной в отраженном свете 1,35±0,05. Изображение полностью сплошного голубого отпечатка сканируется в цифровом режиме и преобразовывается с помощью модели нейронной сети для получения показателя пятнистости оттиска в интервале от 0 (совершенно однородный слой краски без пятнистости) до 10 (визуально заметная, спорная и, возможно, бракуемая пятнистость оттиска, произвольная неоднородность визуальной плотности в отраженном свете или произвольно неоднородный цвет области печати). Данные по этой системе сканирования пятнистости оттиска цвета 2nd Cyan могут коррелироваться на субъективное визуальное восприятие (используя шкалу от 0 до 10) или могут быть преобразованы в эквивалентные значения пятнистости, измеренные прибором для контроля пятнистости оттиска компании Tobias Associates, с использованием следующего уравнения:
Пятнистость Tobias=Пятнистость по сканеру Х8,8+188
Способы описания процедур и подробности применения вышеприведенного уравнения можно найти в патентной заявке США с серийным номером 10/945,306, поданной 20 сентября 2004 г., которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
В одном из лучших вариантов осуществления бумажная или картонная основа настоящего изобретения с покрытием или без покрытия имеет любую пятнистость оттиска, измеренную сканером на цвете 2nd Cyan. Однако пятнистость оттиска цвета 2nd Cyan может составлять от 0 до 10, предпочтительно не больше 6, более предпочтительно не больше 5, наиболее предпочтительно не больше 4. Пятнистость оттиска цвета 2nd Cyan, измеренная сканером, может составлять 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Пятнистость оттиска основы настоящего изобретения с покрытием улучшается на 5%, предпочтительно на 20%, более предпочтительно на 30% и наиболее предпочтительно на 50% по сравнению с известными бумажными основами с покрытием, не содержащими расширяемых микросфер, композиции и/или частицы настоящего изобретения. Предпочтительно улучшение в пятнистости оттиска находится в диапазоне от 10 до 20% по сравнению с известными бумажными основами с покрытием, не содержащими расширяемых микросфер, композиции и/или частицы настоящего изобретения. Основа настоящего изобретения имеет пятнистость оттиска цвета 2nd Cyan, измеренную сканером, которая улучшена на 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000% по сравнению с известными бумажными основами с покрытием, не содержащими расширяемых микросфер, композиции и/или частицы настоящего изобретения.
В другом лучшем варианте осуществления бумаги с покрытием предпочтительный пример слоя покрытия содержит базовое покрытие на поверхности основы. Базовое покрытие может содержать термопластичные частицы низкой плотности, диспергированные в полимерном связующем. Используемый здесь термин "термопластичные частицы низкой плотности" относится к частицам, сформованным из термопластичных или эластичных полимеров, имеющих плотность меньше 1,2 кг/л в сухом состоянии, включая объем воздушных пустот. Плотность предпочтительно составляет меньше 0,8 кг/л, более предпочтительно меньше 0,6 кг/л и наиболее предпочтительно от 0,3 кг/л до приблизительно 0,6 кг/л. Термопластичные частицы низкой плотности предпочтительно не расширяемые и более предпочтительно имеют диаметр меньше приблизительно 3 мкм, более предпочтительно меньше приблизительно 2 мкм и наиболее предпочтительно от 0,1 до приблизительно 1,0 мкм. Без привязки к любой теории, мы полагаем, что включение термопластичных частиц низкой плотности делает базовое покрытие более сжимаемым и усиливает выгодные свойства материала. Улучшенные свойства включают пятнистость оттиска цвета 2nd Cyan, повышенный глянец листа и оттиска и/или улучшенную гладкость Sheffield и шероховатость поверхности Parker Print по сравнению с аналогичным материалом, который имеет такие же характеристики, за исключением присутствия термопластичных частиц низкой плотности в базовом покрытии.
2
2
Без привязки к любой теории мы также полагаем, что кривая толщины покрытия и сжимаемости (степени уплотнения) против уменьшения высоты покрытия, необходимой для уменьшения пятнистости офсетного оттиска, прямо пропорциональна неоднородности в Z-направлении образования базовой картонной основы при давлениях офсетной печати. Например, давления офсетной печати обычно находятся в диапазоне приблизительно 10 кг/см, что было стандартизовано как R (каучук) 10 кг/см шероховатости поверхности, измеренной аппаратом Parker Print (PPS, мкм). Если применять этот диапазон нагрузки, сжимаемость базового слоя в применяемом диапазоне нагрузки должна "плавать или амортизировать" в жестких точках пересечения волокон Z-направления для предотвращения или уменьшения изменений точечного давления печати. При наличии таких изменений они приводят сначала к изменениям в краскопереносе, и затем к неравномерному захвату печатными машинами части пленки краски на офсетных пластинах (печатном цилиндре).
Термопластичные частицы низкой плотности, которые могут использоваться, могут изменяться в широких пределах и включают без ограничения пустотелые частицы полимерных пластиковых пигментов и связующих с размером, который составляет по меньшей мере приблизительно 175 нм. Примерами таких частиц являются ROPAQUE HP 1055 и AF1353 компании Rohm and Haas и пластиковые пигменты HS 2000NA и HS 3000NA компании Dow Chemical Company. Количество термопластичных частиц низкой плотности в базовом покрытии может изменяться в широких пределах, но предпочтительно составляет меньше 30% от массы композиции базового покрытия. Более предпочтительно, они присутствуют в количестве от приблизительно 1 до приблизительно 15% от массы композиции базового покрытия, наиболее предпочтительно в количестве от приблизительно 2 до приблизительно 10% от массы базового покрытия и в количестве от приблизительно 3 до приблизительно 7% от массы композиции базового покрытия в наилучших вариантах осуществления.
Базовое покрытие может содержать сочетание карбоната кальция (или эквивалентного материала) и термопластичных частиц низкой плотности. Количество термопластичных частиц низкой плотности может составлять от 0,5 до 30 мас.%, предпочтительно от 1 до 8 мас.%, более предпочтительно от 3 до 7 мас.% и наиболее предпочтительно от 4 до 6 мас.% от совокупной массы термопластичных частиц низкой плотности и карбоната кальция (или эквивалентного материала).
В качестве другого основного компонента базовое покрытие содержит одно или несколько полимерных связующих. Примерами подходящих связующих являются связующие, обычно используемые в покрытиях бумаги, как, например, бутадиен-стирольный каучук, акрилат стирола, поливиниловый спирт и сополимеры, поливинилацетаты и сополимеры, сополимера винилацетата, карбоксилированный бутадиен-стирольный каучук, сополимеры акрилата стирола, АБС-пластик, бутадиен/стирол/акрилат/акрилонитрил поливинил-пирролидон и сополимеры, полиэтиленоксид, поли-(2-этил-2-оксазолин), полиэфирные смолы, желатины, казеин, альгинат, производные целлюлозы, поливинилакрилаты, полимер соевого белка, гидроксиметилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, крахмалы, этоксилированные, окисленные и ферментно преобразованные крахмалы, катионные крахмалы, водорастворимые растительные клеи, смеси водорастворимых и водонерастворимых смол или полимерных латексов и т.п. Предпочтительными полимерными связующими являются карбоксилированные бутадиен-стирольные каучуки, поливиниловый спирт, поливинилацетат, сополимер стирола и акрилонитрила, сополимер бутадиен/стирола, сополимер стирола/акрилата и полимеры и сополимеры винилацетата.
Частицы каучукового связующего, имеющие достаточный размер, также обеспечивают первоначальное наполнение при введении вместе с неорганическими или органическими пигментами-наполнителями. Частицы каучука обычно имеют размер приблизительно от 100 до 300 нм при использовании в покрытиях для бумаги. Частицы каучука, имеющие достаточный размер для обеспечения сжимаемости, обычно имеют размер по меньшей мере 175 нм. Размер частиц каучука, который обеспечивает сжимаемость, прямо пропорционален среднему размеру неорганических и органических пигментов, используемых в базовых покрытиях. Обычно источником молотого карбоната кальция (МКК), используемого в базовых покрытиях для бумаги, является HYDROCARB 60 (компании OMYA). Этот молотый карбонат кальция является продуктом мокрого размола в шаровой мельнице и имеет размер 60% его частиц меньше 2 мкм. Следовательно, 40% частиц имеют размер, равный или больше приблизительно 2 мкм. Предпочтительно, размер частиц каучука составляет по меньшей мере 175 нм для базовых покрытий, состоящих главным образом из карбоната кальция HYDROCARB 60 или аналогичных продуктов. Более предпочтительно, размер частиц каучука составляет по меньшей мере 185 нм, и даже более предпочтительно размер частиц каучука составляет по меньшей мере 190 нм.
Источники карбоната кальция могут быть смешаны в любых количествах. Например, источники молотого карбоната кальция, содержащие 60% его частиц меньше 2 мкм, могут присутствовать в количестве от 10 до 90 мас.% от совокупной массы карбоната кальция. Количество источников карбоната кальция, содержащих 60% его частиц размером меньше 2 мкм, может составлять 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 и 90 мас.% от совокупной массы карбоната кальция, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Источники карбоната кальция могут быть смешаны в любом количестве. Например, источники молотого карбоната кальция, содержащие 40% его частиц размером меньше 2 мкм, могут присутствовать в количестве от 10 до 90 мас.% от совокупной массы карбоната кальция. Количество источников карбоната кальция, содержащих 40% его частиц размером меньше 2 мкм, может составлять 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 и 90 мас.% от совокупной массы карбоната кальция, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
В более предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения применяются дополнительные пигменты или наполнители для улучшения свойств бумаги и картона с покрытием. Эти дополнительные пигменты могут изменяться в широких пределах и включают неорганические пигменты, обычно используемые в бумаге и картоне с покрытием, такие как кремнезем, глина, сульфат кальция, силикат кальция, активированная глина, диатомовая земля, силикат магния, оксид магния, карбонат магния и гидроксид алюминия. Для дополнительного увеличения объема покрытия в него также могут быть включены неорганические частицы, такие как частицы осажденного карбоната кальция, имеющие объемные структуры, такие как кристаллы с розеткообразной структурой. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения неорганические пигменты, имеющие розеткообразную или другую объемную структуру, могут быть включены в базовое покрытие для придания ему большего первоначального объема или толщины. Розеткообразная структура обеспечивает повышенную толщину покрытия, таким образом улучшая распространение покрытия при заданной массе. Это позволяет покрытию после сушки более легко перемещаться в Z-направлении при сжатии горячим мягким каландром на машинах для изготовления бумаги из беленой сульфатной целлюлозы, и, таким образом, формировать равномерно покрытую поверхность с уменьшенным количеством более тонких участков. Предпочтительные неорганические пигменты включают без ограничения осажденный карбонат кальция, механически или химически обработанные глины, обожженные глины и другие типы пигментов, которые снижают среднюю плотность покрытия после сушки. Эти пигменты не придают сжимаемость базовым покрытиям после сушки. Они синергетически снижают среднюю плотность покрытия и увеличивают среднюю толщину покрытия при заданной массе, поэтому сжимаемые материалы, такие как связующие с более крупными частицами и пустотелые пластиковые сферы, становятся более эффективными при амортизации в Z-направлении неоднородности образования основы бумаги при создании точечных изменений давления печати в зоне контакта офсетной печати.
2
2
2
2
Масса базового покрытия может изменяться в широких пределах, и может быть использовано любое известное покрытие. Базовые покрытия обычно наносят на бумажные основы в количестве от приблизительно 4 до приблизительно 20 г/м. Масса базового покрытия предпочтительно составляет от приблизительно 6 до приблизительно 18 г/м и более предпочтительно от приблизительно 7 до приблизительно 15 г/м. Толщина базового покрытия может изменяться в широких пределах, и может использоваться любая толщина. Обычно толщина базового покрытия составляет от приблизительно 1,8 до приблизительно 9,0 мкм как минимум и зависит от средней плотности и массового отношения компонентов покрытия. Толщина базового покрытия предпочтительно составляет от приблизительно 2,7 до приблизительно 8,1 мкм и более предпочтительно от приблизительно 3,2 до приблизительно 6,8 мкм. Если принимаются во внимание факторы упаковки в разные формы, средняя толщина покрытия на непроницаемой поверхности будет значительно больше приведенных здесь теоретических значений. Однако из-за шероховатости картона в общем, а также в связи с системой нанесения и дозирования базовых покрытий при средней массе покрытия 12 г/м, толщина покрытия на шероховатых высоких участках бумаги может составлять всего 2-3 мкм, а во впадинах между крупными поверхностными волокнами толщина покрытия может возрастать до 10+мкм. Дозирование базовых покрытий жестким ножом помогает добиться ровной поверхности, на которую наносится вполне равномерный слой верхнего покрытия.
Дополнительным компонентом материала является верхнее покрытие. Верхнее покрытие содержит один или несколько неорганических пигментов, диспергированных в одном или нескольких полимерных связующих. Полимерными связующими и неорганическими пигментами являются те, которые обычно используются в покрытиях бумаги и картона. Примеры подходящих пигментов и связующих приведены в описании базового покрытия.
2
2
2
Масса верхнего покрытия может изменяться в широких пределах, и может использоваться любое известное покрытие. Верхнее покрытие обычно наносят на бумажные основы в количестве от приблизительно 4 до приблизительно 20 г/м. Масса верхнего покрытия предпочтительно составляет приблизительно от 6 до приблизительно 18 г/м и более предпочтительно от приблизительно 7 до приблизительно 15 г/м. Толщина верхнего покрытия 16 может изменяться в широких пределах, и может использоваться любая толщина. Обычно толщина верхнего покрытия составляет от приблизительно 1,8 до приблизительно 9,0 мкм как минимум, в зависимости от средней плотности и массового отношения компонентов покрытия. Толщина верхнего покрытия предпочтительно составляет от приблизительно 2,7 до приблизительно 8,1 мкм и более предпочтительно от приблизительно 3,2 до приблизительно 6,8 мкм как минимум, в зависимости от средней плотности и массового отношения компонентов покрытия. Значение, при котором объем пустоты заполняется связующим и добавками для всех пигментов, называется "критическим объемом пустоты". В области красок это значение называется переходом от матовых к глянцевым краскам.
Бумага или картон настоящего изобретения с покрытием могут быть изготовлены путем использования известных способов. Способы и устройства для изготовления и нанесения композиции покрытия на бумажную основу хорошо известны в области изготовления бумаги и картона. Смотрите, например, публикацию G.A.Smook, упомянутую выше, и указанные в ней справочные материалы, которые все включены в настоящий документ путем ссылки. Все такие известные способы могут использоваться при осуществлении настоящего изобретения на практике и подробно описаны не будут. Например, смесь основных пигментов, полимерных или сополимерных связующих и дополнительных компонентов может быть растворена или диспергирована в соответствующей жидкой среде, предпочтительно воде.
Процентное содержание твердых веществ в композициях верхнего и базового покрытий может изменяться в широких пределах, и могут использоваться известные процентные содержания твердых веществ. Процентное содержание твердых веществ в композиции базового покрытия предпочтительно составляет от приблизительно 45% до 70%, поскольку в этом диапазоне материал проявляет превосходные характеристики пятнистости оттиска с увеличением требований к сушке. Процентное содержание твердых веществ в базовом покрытии более предпочтительно составляет от приблизительно 57% до 69% и наиболее предпочтительно от приблизительно 60% до приблизительно 68%. Процентное содержание твердых веществ в композиции базового покрытия в наилучших вариантах осуществления составляет от приблизительно 63% до 67%.
Композиция покрытия может быть нанесена на основу любым подходящим способом, например, поливом, ножом, воздушным шабером, стержнем, валком, рифленым валиком, щелевым нанесением, распылением, погружением, спиральным ракелем, реверсивным валиком, экструзией и т.п. Кроме того, композиции покрытий могут также наноситься в клеильном прессе бумагоделательной машины с дозированием стержнем или другим способом дозирования. В лучших вариантах осуществления изобретения композицию базового покрытия наносят устройствами с ракельным ножом, и композицию верхнего покрытия наносят устройством с ракельным ножом или устройством с воздушным шабером. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления базовое покрытие наносят устройством с жестким ракельным ножом, и верхнее покрытие наносят устройством с изогнутым ракельным ножом или устройством с воздушным шабером.
Бумажная или картонная основа с покрытием или без покрытия подвергается сушке после обработки композицией покрытия. Способы и устройства для сушки полотен бумаги или картона, обработанных композицией покрытия, хорошо известны в области изготовления бумаги и картона. Смотрите, например, публикацию G.A.Smook. упомянутую выше, и указанные в ней справочные материалы. Могут быть использованы любые известные способ и устройство сушки. Следовательно, эти способы и устройства не будут подробно описаны здесь. Предпочтительно, после сушки полотно бумаги или картона будет иметь содержание влаги, равное или меньше приблизительно 10 мас.%. Количество влаги в полотне бумаги или картона после сушки более предпочтительно составляет от приблизительно 5 до приблизительно 10 мас.%.
После сушки бумажная или картонная основа с покрытием или без покрытия может подвергаться сушке на одной или нескольких последующих стадиях, таких, о которых сказано, например, в публикации G.A.Smook. упомянутой выше, и указанных в ней справочных материалах. Например, бумажное или картонное полотно может каландрироваться для улучшения гладкости и характеристики пятнистости оттиска, а также других свойств бумаги, например, путем пропускания бумаги с покрытием через зону контакта, образуемую каландром для придания глянца верхней поверхности бумаги или картона с покрытием используются твердые каландры (хромированная сталь на резиновом вале) или горячие мягкие каландры (хромированная сталь на композитной полимерной поверхности). Величины теплоты и давления в таких каландрах зависят от скорости прохода полотна через зону контакта, размеров валов, состава и твердости валов, удельной нагрузки, масс верхнего и базового покрытия, шероховатости нижележащего картона, силы связующих покрытий и шероховатости пигментов, присутствующих в покрытиях. Обычно верхние покрытия содержат очень мелкие частицы глин и молотого или осажденного карбоната кальция, связующее, средства улучшения реологии и другие добавки. Обычно горячие мягкие каландры имеют диаметр 1 м и больше и нагреваются внутри очень горячей жидкостью. Диаметр нагреваемого стального вала прямо зависит от ширины бумагоделательной машины. Обычно более широкая бумагоделательная машина шириной 400 дюймов требует, по сравнению с машинами шириной 300 или 250 дюймов, валов намного большего диаметра для того, чтобы масса вала не вызывала провисание вала в центре. Используются валы с внутренним нагревом гидравлической жидкостью и компенсацией выпуклости. Температуры поверхности обычно составляют от 100 до 200°С. Предпочтительный диапазон составляет 130°С-185°С с нагрузкой в зоне контакта от 20 кН/м до 300 кН/м.
Основа и слой покрытия вводятся в контакт друг с другом любым известным средством нанесения слоя покрытия, включая средство пропитки. Предпочтительным способом нанесения слоя покрытия является линейный процесс с одним или несколькими устройствами. Устройства нанесения покрытия могут являться любыми известными средствами, обычно используемыми в области изготовления бумаги, включая, например, щетку, стержень, воздушный шабер, распыление, полив, ракельный нож, передающий вал, реверсивный вал, а также любое их сочетание.
Основа с покрытием может быть высушена в секции сушки. Может быть использовано любое средство сушки, известное в области изготовления бумаги и/или нанесения покрытий. Секция сушки может содержать ИК-устройства, устройства сушки ударом воздуха и/или сушильные барабаны, нагреваемые паром, или другие средства и механизмы сушки, известные в области нанесения покрытий.
Основа с покрытием может быть подвергнута финишной обработке любым финишным средством, известным в области изготовления бумаги. Примерами таких финишных средств, включая одну или несколько финишных секций, являются твердый каландр, мягкий каландр и/или каландр с расширенной зоной контакта.
Эти вышеупомянутые способы изготовления композиции, частицы и/или бумажной основы настоящего изобретения могут быть добавлены к любым известным способам изготовления бумаги, а также к способам преобразования, включая истирание, шлифование, резку, образование задиров, перфорирование, выхаживание, каландрирование, финишную обработку листа, переработку на тару, нанесение покрытий, ламинирование, печать и т.д. Предпочтительные известные способы включают способы получения бумажных основ, способных использоваться в качестве бумажной, картонной продукции и/или основ с покрытием или без покрытия.
Основа также может содержать другие известные добавки, такие как, например, крахмал, минеральные и полимерные наполнители, клеящие вещества, средства удержания и укрепляющие полимеры. Среди наполнителей, которые могут использоваться, органические и неорганические пигменты, такие как, например, минералы, такие как карбонат кальция, каолин и тальк, а также расширенные и расширяемые микросферы. Другие известные добавки включают без ограничения влагопрочные смолы, внутренние клеящие вещества, сухопрочные смолы, квасцы, наполнители, пигменты и красители.
Расширяемая микросфера, композиция, частица и/или бумажная основа настоящего изобретения могут использоваться в любых конечных продуктах, известных в данной области, в которых используются бумажные и/или картонные основы. Такие конечные продукты включают упаковочную тару и/или изделия из бумаги и картона, включая изделия, требующие большой и малой базовой массы соответствующих основ, начиная от конвертов и бланков и заканчивая картонной тарой, соответственно. Кроме того, конечный продукт, изделие и/или упаковка могут содержать несколько слоев бумажной основы, например гофрированные структуры, где по меньшей мере один слой содержит расширяемую микросферу, композицию, частицу и/или бумажную основу настоящего изобретения.
В одном варианте осуществления изделие содержит несколько бумажных основ, где любая или все из них могут содержать расширяемую микросферу, композицию, частицу и/или бумажную основу настоящего изобретения.
В данном конкретном варианте осуществления расширяемая микросфера, композиция и/или частица являются средствами придания объема бумажным изделиям и основам. Однако в данном варианте осуществления можно использовать любое средство придания объема, хотя предпочтительными средствами придания объема являются расширяемая микросфера, композиция, частица и/или бумажная основа настоящего изобретения. Кроме того, в изделии/упаковочном материале/основе настоящего изобретения могут использоваться несколько средств придания объема.
Примерами других альтернативных средств придания объема могут являться без ограничения поверхностно-активные вещества, Reactopaque, предварительно расширенные микросферы, ВСТМР (беленая химико-термомеханическая целлюлоза), микрофинишная обработка и многослойная конструкция для создания двутавровой конструкции в бумажной или картонной основе. Такие средства придания объема могут при их включении в бумажную основу или нанесении на нее обеспечивать надлежащее качество печати, толщину, базовую массу и т.д. в отсутствие жестких условий каландрирования (т.е. давление в одной зоне контакта и/или меньшем количестве зон контакта в средстве каландрирования), в то же время позволяя изделию содержать бумажную основу, имеющую нижеуказанные физические и эксплуатационные характеристики.
Изделие согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения может содержать средство придания объема в количестве от 0,01 до 20, предпочтительно от 0,5 до 10, фунтов на тонну конечного продукта, когда такое средство придания объема является добавкой. Средство придания объема может присутствовать в количестве 0,01, 0,05, 0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 и 20 фунтов на тонну конечного продукта, когда такое средство придания объема является добавкой.
Если изделием является конверт и/или бланки, изделие согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения может содержать бумажную основу настоящего изобретения при толщине от 3,5 до 8 милов, более предпочтительно от 4,2 до 6,0 мила и наиболее предпочтительно от 4,9 до 5,2 мила.
Если изделием является конверт и/или бланки, изделие согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения может содержать бумажную основу настоящего изобретения при базовой массе от 12 до 30 фунтов на 1300 кв. футов, предпочтительно от 16 до 24 фунтов на 1300 кв. футов, наиболее предпочтительно от 16 до 22 фунтов на 1300 кв. футов.
Если изделием является конверт и/или бланки, изделие согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения может содержать бумажную основу настоящего изобретения при плотности от 3,0 до 7,0, более предпочтительно от 3,5 до 5,0, наиболее предпочтительно от 3,75 до 4,25 фунта на 1300 кв. футов на 0,001 дюйма толщины.
Если изделием является конверт и/или бланки, изделие согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения может содержать бумажную основу настоящего изобретения при сопротивлении излому MD Gurley меньше или равном 500 msf, предпочтительно от 150 до 500 msf, более предпочтительно от 225 до 325 msf. Сопротивление излому MD Gurley должно быть достаточным для стандартных средств преобразования, причем предпочтительными средствами преобразования являются средства, известные в области изготовления конвертов и бланков.
Если изделием является конверт и/или бланки, изделие согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения может содержать бумажную основу настоящего изобретения при сопротивлении излому CD Gurley меньше или равном 250 msf, предпочтительно от 50 до 250 msf, более предпочтительно от 100 до 200 msf. Сопротивление излому CD Gurley должно быть достаточным для стандартных средств преобразования, причем предпочтительными средствами преобразования являются средства, известные в области изготовления конвертов и бланков.
Если изделием является конверт и/или бланки, изделие согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения может содержать бумажную основу настоящего изобретения при гладкости Sheffield меньше 350 единиц, предпочтительно от 150 до 300 единиц, наиболее предпочтительно от 175 до 275 единиц.
Если изделием является конверт и/или бланки, изделие согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения может быть многослойным и содержать по меньшей мере один слой, содержащий расширяемую микросферу, композицию, частицу и/или бумажную основу настоящего изобретения, если слой имеет ширину от 1 до 15 дюймов и длину от 1 до 15 дюймов. Ширина может составлять 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 дюймов, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Длина может составлять 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 дюймов, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Изделие согласно настоящему изобретению может содержать несколько слоев, содержащих расширяемую микросферу, композицию, частицу и/или бумажную основу настоящего изобретения, которые могут быть или не быть непрерывными.
Примерами изделия согласно настоящему изобретению может являться конверт любого стандартного размера и формы, известных в производстве конвертов. Кроме того, изделие может быть конвертом, содержащим некоторое множество бланков. Конверт настоящего изобретения предпочтительно содержит бумажную основу, имеющую средство придания объема, причем предпочтительными средствами придания объема являются расширяемая микросфера, композиция, частица настоящего изобретения.
Предпочтительно, изделие согласно настоящему изобретению содержит некоторое множество бланков, изготовленных из бумажной основы, имеющей средство придания объема, причем предпочтительными средствами придания объема являются расширяемая микросфера, композиция, частица настоящего изобретения.
Наиболее предпочтительно изделие является конвертом с некоторым множеством бланков, изготовленным из бумажной основы, имеющей средство придания объема, причем предпочтительными средствами придания объема являются расширяемая микросфера, композиция, частица настоящего изобретения.
Особенно предпочтительно, что изделие настоящего изобретения содержит некоторое множество бланков, которое больше по меньшей мере на 1 бланк, чем у изделия, которое не содержит основы, имеющей нанесенное средство придания объема. Изделие настоящего изобретения имеет по меньшей мере один слой (непрерывный или прерывистый), содержащий основу, имеющую нанесенное средство придания объема. Наиболее предпочтительным средством придания объема является средство с расширяемой микросферой, композицией и/или частицей, нанесенное на основу, содержащуюся в по меньшей мере одном слое изделия. Кроме того, слоем изделия может являться бланк.
Пакет настоящего изобретения имеет массу, в среднем, равную или меньше 1 унции, предпочтительно меньше 1 унции. Пакет настоящего изобретения имеет один или некоторое количество слоев и массу, разница которой с 1 унцией является абсолютным значением, которое больше, чем у известного пакета, имеющего такое же количество слоев. Соответственно, в пакет настоящего изобретения может быть введено больше слоев, чем в известный пакет, при сохранении совокупной массы пакета меньше 1 унции.
Настоящее изобретение объяснено более подробно с помощью следующего примера осуществления, который не предназначен для ограничения объема настоящего изобретения каким-либо образом.
Примеры
Пример 1. Бумажная основа с покрытием, содержащая расширяемые микросферы
Бумажная основа с покрытием, подходящая, например, для использования в качестве картонной тары, изготовлена обычными способами изготовления бумаги. Бумажную основу каландрировали при давлении 10 фунтов на кв. дюйм и затем на нее наносили известное покрытие, используя известные средства для нанесения покрытий. После нанесения слоя покрытия на основу измеряли пятнистость оттиска (визуально и гораздо более чувствительным и объективным стандартным средством (сканером). Отношение между данными по системе измерения пятнистости оттиска цвета 2nd Cyan может коррелироваться с субъективным визуальным восприятием (используя шкалу 0-10) или может быть преобразовано в эквивалентные значения пятнистости, измеренным аппаратом Tobias компании Tobias Associates, с использованием следующего уравнения:
Пятнистость Tobias=Пятнистость по сканеру Х8,8+188
Способы описания процедур и подробностей применения вышеупомянутого уравнения можно найти в патентной заявке США с серийным номером 10/945,306, поданной 20 сентября 2004 года, которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Затем в последующих экспериментах расширяемые микросферы вводили в известный способ для получения бумаги, имеющей 1 мас.% и 2 мас.% расширяемых микросфер от совокупной массы основы. Были выполнены две серии экспериментов с использованием давления каландрирования 10 и 20 фунтов на кв. дюйм, соответственно. Результаты приведены в таблице 1.
Результаты в таблице 1 четко показывают, что основы, содержащие расширяемые микросферы, после нанесения покрытия дают заметное улучшение в пятнистости оттиска, измеренной системой сканирования оттиска цвета 2nd Cyan.
Пример 2. Другие бумажные основы с покрытием, содержащие расширяемые микросферы
Бумажная основа с покрытием, подходящая, например, для использования в качестве картонной тары, изготовлена обычными способами изготовления бумаги. После нанесения слоя покрытия на основу измеряли пятнистость оттиска (визуально и гораздо более чувствительным и объективным стандартным средством (сканером), а также другие характеристики (результаты приведены в таблице 2). Затем в последующих экспериментах расширяемые микросферы ввели в вышеупомянутый обычный способ в количествах 10, 5, 2 и 1 фунт на тонну для получения бумаги, содержащей расширяемые микросферы. Результаты приведены в таблице 2. Кроме того, на Фиг.1 показана пятнистость оттиска цвета 2nd Cyan, измеренная сканером, как функция количества расширяемых микросфер, добавленных в процессе изготовления бумаги. Контрольные образцы 1 и 2 не содержали расширяемых микросфер, добавленных в процессе изготовления бумаги.
Результаты экспериментов
Таблица 2.
Контрольная 1 (до проб)
Эксперимент 1 (5 фунтов на тонну)
Эксперимент 1 (10 фунтов на тонну)
Контрольная 2 (до проб)
Эксперимент 2 (1 фунт на тонну)
Эксперимент 2 (2 фунта на тонну)
Содержание Expancel (фунтов на тонну)
0
5
10
0
1
2
Базовая масса
255
237,4
225,6
255,1
251,2
247
Толщина
23,8
24,1
23,7
24,0
23,8
24,0
Гладкость Sheffield
27,4
9,2
9
22,7
21,5
13,0
PPS10
1,51
1,5
1,55
1,47
1,48
1,42
Сопротивление излому GM
325
284
249
336
309
309
Внутренняя связь
80
72,7
88
74
76
81
Пятнистость оттиска (2 Cyan)
2,5
2,17
2,1
3,67
2,87
2,7
Уменьшение базовой массы (%)
6,9
11,5
1,53
3,18
Адсорбция полиэтиленимина (ПЭИ) на микросферах
Условия адсорбции
Образец Expancel
820 SLU 40
820 SLU 80
642 SLX 80
Объем 40% суспензии
7,5 г
7,5 г
7,5 г
Объем раствора ПЭИ (6%)
48 г
48 г
48 г
г сухих частиц / г сухого ПЭИ
1/1
1/1
1/1
Свойства расширения
Образец Expancel
820 SLU 40
820 SLU 80
642 SLX 80
Т<sub>о.е.</sub>(°С)
82
83
90
T<sub>o.s.</sub>(°C)
140
125
132
Vexp (80°С) (мл)
Vехр(100°С)(мл)
Адсорбция ПЭИ не оказала значительного влияния на расширение
Обращение поверхностного заряда посредством последующей алюминизации
Надписи
40% Solids=Содержание твердых частиц 40%
Mixing, 1-4 h=Перемешивание, 1-4 часа
Excess PEI and X-100…=Излишний ПЭИ и Х-100 (20% твердых частиц) с адсорбированным ПЭИ
After centrifugation=После центрифугирования
Excess PEI=Излишний ПЭИ
X-100 with Adsorbed PEI=X-100 с адсорбированным ПЭИ
Условия адсорбции
Условие
Отношение X-100/ПЭИ
Время перемешивания, ч
Наблюдение
1
Неприменимо
Неприменимо
2А
Низкомолекулярный
4,00
1
Равномерная смесь
2В
Низкомолекулярный
4,00
4
Равномерная смесь
3А
Низкомолекулярный
10,00
1
После начальной флоккуляции становится равномерной смесью
3В
Низкомолекулярный
10,00
4
После начальной флоккуляции становится равномерной смесью
4А
Низкомолекулярный
20,00
1
После начальной флоккуляцни становится равномерной смесью
4В
Низкомолекулярный
20,00
4
После начальной флоккуляции остается флоккулированным
9
Высокомолекулярный
40,00
1
Равномерная смесь
Используемые в настоящем документе диапазоны значений являются сокращенными для целей указания любого и каждого значения, которое входит в диапазон, включая все поддиапазоны.
В свете вышеприведенного описания возможны многочисленные модификации и изменения настоящего изобретения. Поэтому понимается, что в объеме прилагаемой формулы изобретение может быть осуществлено на практике иначе, чем описано в настоящем документе.
Все ссылки на документы, а также на указанные в них справочные материалы, настоящим включены путем ссылки по отношению к соответствующим частям описания, относящимся к предмету настоящего изобретения и всем вариантам его осуществления.