纖維網狀物的細菌性纖維素表面處理的製作方法

2023-05-29 10:45:16 2

專利名稱：纖維網狀物的細菌性纖維素表面處理的製作方法
本申請是1988年3月10日提交的第166283號美國專利申請的部分繼續申請，而第166283號又是1987年5月4日提交的第045985號申請的部分繼續申請。
本發明涉及用含細菌性纖維素進行表面處理的纖維網產物以及用細菌性纖維素對纖維網狀物進行表面處理的方法。特別有用的細菌性纖維素是對在攪拌條件下生產纖維素的醋桿菌屬(Acetobacter)用遺傳學方法選，擇出的微生物進行通氣攪拌培養所產生的。用經過細菌性纖維素表面處理的紙具有與用膠版紙相同或接近的質量。
多年來，人們就已知某些細菌能合成纖維素，特別是醋桿菌屬的細菌。然而，分類學家們至今對醋桿菌屬的纖維素生產菌的分類還未達到統一。例如，在美國標準培養物收集中心(ATCC)第15期的目錄中所列出的第10245號，10821號和23769號就被同時分類為醋化醋桿菌木質亞種(Acetobacteracetisubsp.xylinum)和巴氏醋桿菌(AcetobacterPasteurianus)。就本發明目的而言，醋桿菌屬內的任何能在攪拌條件下產生纖維素的菌種及其變種均被認為是用於本發明目的的適宜的纖維素生產菌。
醋化醋桿菌木質亞種(Acetobacteracetisubsp，xylinum)通常是在靜態條件下培養，纖維素微纖維產生於空氣和培養基的交界面。該種的大多數細菌在攪拌培養條件下生長時均無法大量產生纖維素。其原因之一被認為是攪拌培養引起了向非纖維素生產菌突變的傾向。與之相反，本發明的醋桿菌的特徵是在攪拌培養下能產生大量纖維素且又沒顯示出導致在培養中纖維素產量減少的不穩定性。
早些的於1985年10月18日提交的美國專利申請第788915號揭示了在攪拌培養條件下大量生產纖維素的醋桿菌的許多變種。由這些微生物生產的纖維素以及該申請中揭示的培養條件均表現為特殊類型的，物理結構上與靜態培養所產生的細菌纖維素有著很大的不同。它具有分支的、三維的網狀結構。靜態培養所產生的常規的纖維素膜大多傾向於具有層狀結構且分支也很少。本發明涉及使用這樣的微生物在攪拌培養條件下產生的細菌性纖維素對纖維網狀物進行表面處理。
美國專利第4588400號(1982年12月申請)揭示了靜態生產纖維素的條件，其中，在細胞生長和產生纖維素的時期使培養物處於幾乎不動的條件下。還揭示了在靜態或幾乎不動條件下纖維素微纖維的形成，並指明該微纖維最後適作傷口敷料。間斷攪拌則產生長度不大的細纖維，其長度由細纖維線性增長率和從微生物表面攪拌剪切下細纖維的時間來決定。但是，該專利申請沒有揭示出連續攪拌對纖維素產物和在靜態或攪拌條件下生產多分支、三維網狀纖維結構的影響，也未揭示出用細菌性纖維素對纖維網狀物進行表面處理。
通常為商業和印刷業用紙提供優質印刷表面的表面處理，一般均為含有粘土，乳汁和澱粉結合劑的混合物。典型的情況是，用塗層器將混合物塗於印刷表面上，乾燥後，將塗過的表面通過高度砑光機則可獲得最終的表面特性。
本發明包括將細菌性纖維素塗敷於纖維網狀物的至少一面之上。這種塗敷的產品種類繁多並且包括適用於精美雜誌的印刷紙張。用常規的紙張生產設備即可，如包括改良型長網造紙機，多層或雙網造紙機。
細菌性纖維素可以在溼成型時使用，如從網前箱出來，或用施膠壓榨或機外塗布施於幹紙的全部或局部。在施用了細菌性纖維素後，用常規砑光處理就可使光澤度及其它的重要印刷特性如平滑度等得到明顯改善。用細菌性纖維素進行過表面處理的纖維網狀物在經加熱和壓力後可提高印刷性質。以這種方法，即使不使用複雜的塗層技術或超級砑光機，也可以獲得具有優良印刷表面的紙張。如使用超級砑光機，則可使紙張的性質如平整性得到更大的改進。
優選的將細菌性纖維素施於纖維網狀物上的方法是施膠壓榨或機外塗布。其可以比在溼態時更有效地τ孟婦韻宋亍５卑嚴婦韻宋刈魑坎閌褂檬保叛∶扛鐾娌淮笥 0Kg/T，以不大於5Kg/T為更好。如使用後一標準的一半是或更少一些，則所塗敷的紙的印刷特性得到明顯的改善。當進行細菌性纖維素塗層時，則以纖維網狀物或紙的含水量不大於約10%為更好。大多數情況下，含水量應在約2-8%。
此外，細菌性纖維素可結合有其它物質，如無機或有機色素、填料和澱粉，或其它聚合添加劑，以得到不同的性質，僅用細菌性纖維素進行表面處理，提高了表面性質如光澤度，平滑度，著墨性能，以及表面強度。
用低濃度細菌性纖維素進行過表面處理的薄層產物在墨跡光澤和紙張光澤之間產生的區分或「差異」(Snap)比許多商品化的膠印和輪轉印刷材料都高。此外，與未處理的對照紙相比，細菌性纖維素處理的產物顯示出了更高的紙張平滑度和著墨性能。
本發明中所用的術語「細菌性纖維素」指的是在攪拌條件下培養醋桿菌屬(Acetobacter)細菌所得到的且又幾乎不含殘餘細菌細胞的產物。所用的菌種可以是任何與ATCC53-263號菌有著相似生長特性的菌，ATCC53-263是依據布達佩斯條約於1985年9月13日保藏於ATCC的。
本發明的目的是單獨用細菌性纖維素或其與另外物質相結合來對纖維網狀物進行表面處理的方法。
本發明的另一目的是提供具有改善了的表面特性如光澤度、平滑度、著墨性能的優質紙產品。
本發明的再一目的是用常規紙張設備提供優良的印刷表面。
在結合隨後所述的詳述部分以及附圖之後，上述的目的以及其它的目的將是很明顯的。


圖1比較了紙張的光澤度和印墨的光澤度以表明各種紙張的光澤度差異。
圖2比較了光澤度與所用細菌性纖維素百分比(%)的關係，以表明細菌性纖維素塗層對輕重量塗敷紙的光澤度的影響。
圖3和4是掃描電鏡圖像，其中的標尺為50微米。圖3是沒有細菌性纖維素表面塗層的經砑光的Nobel和Wood紙的對照樣品的電鏡圖像。圖4是有表面細菌性纖維素塗層的經砑光的Nobel和Wood紙的電鏡圖像。
參照以下的實施例可以充分地明了本發明的方法。
實施例1細菌性纖維素的生產本發明的細菌性纖維素是以醋化醋桿菌木質變種(Acetobecteracetivar，xylinum)作為於1985年9月13日依據布達佩斯條約保存的ATCC第53-263號菌的亞培養物，在與下述實施例1相似的條件下攪拌培養而產生的。
以下的基本培養基將用於所有的培養中。此後將稱為CSL培養基。
成分終濃度(mM)(NH4)2SO425KH2PO47.3MgSO41.0FeSO40.013CaCl20.10
NaMoO40.001ZnSO40.006MnSO40.006CuSO40.0002複合維生素10ml/L碳源10ml/L玉米浸出液10ml/L消泡劑0.01%v/v該培養基的最終PH為5.0±0.2。
複合維生素的組成如下成分濃度mg/L肌醇200煙酸40鹽酸吡哆醇40鹽酸硫胺素40泛酸鈣20核黃素20對氨基苯甲酸20葉酸0.2生物素0.2玉米浸出液(CSL)的組分根據其來源和加工方法的不同而有所不同。
從美國加洲得到的一種產品LotE804(CornProductsUnit，CPCNorthAmerica，StocktoCalifornia)即為其一種，組成如下
主要組分%固體43.8粗蛋白18.4脂肪0.5粗纖維0.1灰分6.9鈣0.02磷1.3非氮提取物17.8非蛋白氮1.4氯化鈉0.5鉀1.8還原糖2.9澱粉1.6上述物質的PH為約4.5。
以4%(w/v)葡萄糖作為碳源並和5%(w/v)CSL作為CSL培養基繁殖細菌作為前菌種培養物。將該培養物接種含於750mlFalcon3028組織培養瓶中的100ml上述培養基，以30℃培養48小時。將培養瓶內的所有成分混合後以得到5%(v/v)的種子培養物接種菌。將前菌種成條於培養盤中，檢驗其同質性和可能出現的汙染。
在含400ml上述培養基的2升燒瓶中培養種子培養物，將燒瓶置於每分鐘旋轉125轉的顛倒搖床上以30℃培養2天。混合種子培養物，使用前成條以檢驗有無汙染。
在連續攪拌的14升Chemap發酵罐中，用5%(v/v)種子培養物接種過的12升培養物來生產細菌性纖維素。培養基中葡萄糖初始濃度為32g/L，在72小時的發酵過程中不時地以143g/L補充之。相似地，分別在32小時和59小時加入等於初始體積2%(v/v)的CSL，使初始的2%(v/v)CSL濃度得到增加。在發酵過程中纖維素的濃度達到大約12.7g/L。在整個發酵過程中，溶解氧保持在大約30%空氣飽和度。
發酵後，靜置纖維素，傾出上清液。用去離子水洗剩下的纖維素，再用0.5MNaOH溶液在60℃萃取2小時。萃取後，再用去離子水洗纖維素去除殘餘的鹼和細菌細胞。近期的工作表明0.1MNaOH溶液完全適合萃取步驟。將純化的纖維素保持在溼的條件下以備使用。這種材料可以溶於水形成均勻的漿液。
後述各實施例中所用的細菌性纖維素是分別在250升和6000升發酵罐中製備的。
按如上所述的在攪動或攪拌條件下生產的細菌性纖維素與常規靜態培養產生的纖維素在微結構上有著很大的不同。它是由具相互連接的分支纖維素纖維的基本上連續的網狀結構所形成的網狀產物。
上述攪拌發酵所製備的細菌性纖維素的纖維寬度比針葉木漿纖維和棉纖維要細得多。這些纖維的典型寬度約為0.05-0.20微米，其長度則隨連續的網狀結構而不同。針葉木漿纖維的平均寬度約為30微米且長度為2-5毫米，棉纖維的寬度約為其一半，長度約為25毫米。
實施例2在濾紙上塗敷細菌性纖維素和粘土的方法按與實施例1相似的方法生產的本發明的細菌性纖維素(「BAC」)，特別是批號A-085，在表面塗敷前、先用稀鹽酸和水洗，使其PH達到7-8之間，然後結合粘土，100%的對照物除外。以平均重為78.9g/m2的whatman 541號濾紙作為底紙，在其上進行各種配方的BAC/粘土混合物的塗敷。所用的粘土是Hydraprint，高嶺土，由J.M.Huber ofMacow，Geogia得到的2號分級標準的成分。在與粘土結合以及隨後的稀釋之前，所用的BAC的固體含量為6.6%。與BAC結合之前，粘土為100%固體含量形式。BAC/粘土表面塗敷加上濾紙的目標基本重量為80-90g/m2。
表1樣品BAC/粘土%BAC溼重(g)粘土乾重(g)1100/03.030.00275/252.270.05350/501.520.10425/750.760.1550/1000.000.2060/0僅用whatman541號紙塗敷濾紙的面積為0.02m2。將濾紙放在英國紙模中的成型網上進行塗敷。關閉該模具，將約2升的水傾倒在濾紙的上部。BAC和粘土加到1.5升水中。將該BAC/粘土溶液以及100%對照放在英國離解機中以3000RPM離解約4分鐘，然後將每種樣品加到模具內的水中。將水加上BAC/粘土溶液通氣攪動10秒鐘，然後經過濾紙濾幹。濾出水後，將濾紙置於TAPPI壓榨機中以345KPa壓榨5分鐘。將第二張濾紙放在塗敷過的濾紙上面以防止BAC/粘土附著在壓濾紙上。將壓濾過的濾紙放在蒸氣乾燥鼓中以約110℃乾燥。用相似的方法處理不含BAC/粘土的對照濾紙，不同之處在於通過壓緊的濾紙的水中不含任何BAC/粘土。將各樣品調至相對溼度為50%(RH)，然後在204℃(400°F)砑光，每分鐘500英尺(每分鐘152.4米)，800PLI(或約6500psi峰值，或4700psi平均值)(1.4×105牛頓/米或約4.48×105KPa峰值或3.24×105KPa平均值)。
實施例3BAC/粘土塗敷的濾紙的光澤度，印墨密度，粗糙度和氣孔度的比較由實施例2的方法所獲的經加工和砑光的樣品按下述試驗程序試驗其各種性能，結果例於表2和表3。砑光能使樣品的光澤度得到提高。含100%BAC的和含75/25%BAC的樣品具有優於僅含粘土或主要含粘土的樣品的可印刷性。含BAC的樣品顯示出良好的光澤度，且印墨光澤與紙張光澤的差度為20度。紙的光澤度是紙表面對光的反射。根據TAPPI標準方法T480和ASTM1223-63T，用HunterlabModularD48D光澤計以75度角將一束光線照射到紙表面上。則紙張光澤與印墨光澤之間的差異以度來衡量，並稱之為「Snap」。
含100%BAC和含75/25%BAC的樣品的印墨密度極好。印墨密度是測量印刷象點的相對黑度的、與紙面著墨性能有關。測量印墨密度是為了確定印刷象點是否在印刷過程中具有一致的密度，或是確定印墨復蓋是否適當。印墨密度是用改進型Prufbau-minidens密度計測定的。對每個樣品檢測11cm，得到280個數據，以及最終平均值和標準誤差。所用的印墨是標準的快幹膠印型油基印墨。下列的表2給出了上述的性質。
表2光澤度＊及印墨密度塗敷＊＊樣品BAC/粘土%紙張光澤度印墨光澤度印墨密度1無24.720.51.442100/043.162.71.89375/2537.360.51.84450/5041.547.21.65525/7544.332.41.4560/10021.823.21.13＊光澤度值為75度角反射的百分值＊＊在各種情況下的實用水平相當於每張底紙12g/m2至78g/m2。樣品5和6並未保持全部的粘土。在4.5和6號樣品中見到了大量的粘土掉粉。
下列表3給出了氣孔度和粗糙度。粗糙以平均粗糙度表示，即在所劃出的樣品長度中在基準線(或電學平均線)上和下突出的紙面邊緣的算術平均值。測量平均粗糙度使用的是由PrecisionIndustriesofDesPlaires，Illinois提供的Taylor-HobsonTallysurf10號輪廓儀，根據的是Tayler-Hobson所撰Tallysurf10operationHandbook。
表3粗糙度及氣孔度樣品塗敷Gurley氣孔度平均粗糙度BAC/粘土秒/100ml微米(S.D)1無2.502.24(0.01)2100/0＞60，0001.13(0.03)375/2567001.22(0.01)450/5014001.23(0.13)525/752201.25(0.08)60/1005.81.81(僅一個樣品)表3的結果表明，含BAC的樣品具有能填補底紙表面孔和坑的良好特性，從而對樣品的氣孔度和平滑度有著很大的影響。平滑度與上述表3中的粗糙度係數有反比關係，因而，粗糙度值越小，則樣品的表面就越平滑。
100%BAC樣品的極高的結果，以及隨BAC含量的降低且粘土含量升高使結果值降低均說明了BAC對氣孔度和平滑度的直接影響。
實施例4在輕量紙上加重的以不同百分數塗敷細菌性纖維素的方法按與實施例1相似的條件產生的本發明的BAC，特別是批號A-085，用稀鹽酸和水洗使其PH為7-8，100%的對照則除外，其僅為輕量底紙。以平均重量為48.8g/m2的50%牛皮紙50%全部南方松的熱機紙漿(「TMP」)的輕量底紙作為塗敷BAC的底紙。從底紙上切下一塊直徑為15cm圓片，得到平均重量為0.76g/張的底紙。切下後，圓紙片在水中浸透。將該圓片置於多孔過濾漏鬥(Buchner漏鬥)中，且使網面向上。僅使網面塗敷了以乾重計為圓片重量1，3，5和10%的BAC。下述表4給出了實際上所加的BAC溼重值(克)，並給出所加BAC重量的百分值。
表4樣品所加物乾重的百分值溼重BAC＊(克)8511%0.188533%0.548555%0.90851010%1.81＊該BAC的固體含量為4.2%在加到含圓片的多孔過濾漏鬥之前，將BAC溶液在英國離解機內以3000R PM處理約4分鐘，然後加到多孔過濾漏鬥中。抽吸排乾，然後每種樣品在TAPPI壓榨機的吸濾紙墊之間以345KPa壓濾5分鐘。經壓濾的塗敷過的樣品圓片用蒸氣乾燥熱鼓以110℃乾燥。對照的底紙用相同的方式處理。不同之處在於通過多孔過濾漏鬥的溶液僅為水。每種樣品均調至50%RH，然後砑光，204℃，500FRM(152.4米/分)，800PLI(或約6500psi峰值，或4700psi平均值)(每米1.4×105牛頓，或約4.48×105峰值，或3.24×105KPa平均值)。
實施例5用BAC塗敷的底紙與其它類型紙在光澤度，印墨濃度，粗糙度、表面強度和亮度%等性質的比較下述表5及附圖1給出了依上述實施例4製備的BAC塗敷底紙與其它紙張在光澤度和印墨密度的比較結果。表5給出了紙張的光澤度、印墨光澤度、光澤度差異和印墨密度等數值。光澤度差異或稱Snep表示了印刷墨跡的光澤度與背紙光澤度的差異。所用的印墨是標準快幹膠印型油基印墨。測定光澤度的方法與實施例3相同。如上述實施例4所述，測定光澤度的對照是未塗敷的底紙。
印墨密度的測定如實施例3。印墨密度是印刷像點的相對黑度的測度，並且與紙表面的著墨性能有關。
表5光澤度＊和印墨密度樣品紙光澤度印墨光澤度光澤度差異印芏 85131.843.011.11.4185335.648.713.01.4685541.153.312.21.49851039.652.312.81.50對照29.234.85.61.33膠印＊＊56.273.817.61.49輪轉印＊＊＊58.673.014.41.34＊光澤度值為75度角反射的百分比。
＊＊膠印指商品級膠印紙＊＊＊輪轉印指商品級輪轉印刷紙。
表5給出了BAC塗敷紙與商品化膠印及輪轉印紙在光澤度上的差異。例如，3%BAC塗敷紙的光澤差異就與塗敷約20%的輪轉印紙幾乎相等，這就顯示出用較少的材料得到相近光澤度的能力。圖1給出了印墨光澤度和紙張光澤度相對塗敷於紙面上BAC百分數的差異，顯示出了以較少的BAC百分數量可得到光澤度的高度差異。
就印墨密度而言，其結果與商品級膠印紙和輪轉印紙的結果相似、而後兩者的塗敷水平就高得多了。
下述表6給出了按上述實施例4製備的BAC塗敷底紙與膠印和輪轉印紙在粗糙度、表面強度和亮度下降等性質。粗糙度的測定方法如實施例3。
表面強度或IGT印刷粘著性能測量了在印刷壓區的壓力下拾起紙張表面的阻力。表面強度或IGT印刷粘著性能的測量記錄了用標準試驗油墨印刷過之後的第一個可見的掉粉(或表面的皺紋)。IGT值稱作VVP，即印刷速度乘以標準試驗油墨的粘度。測量IGT印刷粘著性能用的是標準的IGT印刷力測定器AIC2，由TechnographicsInstrumentsofSanAugelo，Texas提供。IGTAE著墨裝置使用0.294千泊標準試驗印油，印刷1cm鋁印盤。
印墨密度和%亮度下降(K和N試驗)測試表明了印墨/印油的復蓋能力。印墨/印油的復蓋能力表示了表面對油穿透的阻力。測定亮度下降或K和N亮度下降量，要在將K和N印墨施於樣品之前先測量樣品的亮度。然後將K和N標準試驗印墨施於表面並放置2分鐘，然後，用軟布或紙巾擦K和N印墨。然後用TechnidyneModelS-4光亮度試驗器測定印有K和N印墨表面區。將該數值除以起始的亮度值，得到亮度百分值。該數值是紙張吸油的特徵指標。所有樣品均用K和N試驗印墨。TechnidyneModelS-4光亮度測定器由TechnidyneCorporationofNew
實施例6在Nobel-Wood機器上的表面塗敷應用Nobel-WoodPilot造紙機用於製造雙層紙，其底層佔紙張總重95%，上層佔5%。底層的紙是50%亞硫酸化硬木和50%TMP南方鬆軟木紙。其製備過程是將50/50亞硫酸化硬木(400-500CSF)和TMP南方鬆軟木(約70CSF)混合而製成，結果是混合物為125CSF。
依據實施例1的方法，用6000升的攪拌發酵罐生產出批號為A-126的BAC，將其分成兩個試驗部分。第一部分的BAC的稠度約為13%，包括16個試樣，每個試樣稠度為1.5%且為30gOD，將其放在英國離解器中30分鐘。合併16個試樣，放在400升混合罐中1小時。混合後，用水將合併的試樣稀釋至稠度為0.76g/L(稠度為0.076%)。第二試驗部分BAC，由稠度為約13%的BAC組成，先不放在英國離解器中，先稀釋至稠度約0.76g/L(稠度0.076%)，然後放在400升混合罐中攪拌約45分鐘。因而，第一與第二試驗部分的區別在於，第一部分先放在英國離解器中然後再放在混合罐中，但第二部分則不放在英國離解器中，而是只放在混合罐中。因此，以後稱第一部分為精製BAC，稱第二部分為常規BAC。
BAC漿液(僅管在不同的地方使用了精製BAC與常規BAC，但「漿液」一詞則指通過上述方法得到的最終稠度為0.076%的BAC，BAC漿液則指精製和常規BAC)通過Nobel-Wood造紙機的第二排網前箱形成表面層。第二排剛好位於底層紙乾燥線之後，此處正是底層紙的固體含量為約5-6%的地方。形成的底層紙為66g/m2OD，且如前所述，通過第二排網前箱加入BAC，速率為每分鐘9升BAC漿液，另外，用軟管以每分鐘5升的速率加水稀釋BAC漿液，所得稀釋物也在第二排網前箱處加入。此後，關掉BAC的加入泵，將軟管的水流調至約每分鐘14升，用約30分鐘的時間形成對照紙。對照紙只有底層紙，在原來的BAC/水流中去除了BAC，通過第二排箱的水流速率與BAC/水流的速率相等。施用了BAC漿液之後紙張按照常規通過Nobel-Wood造紙機加工。所得的紙卷以50%RH保存直至進行壓光，壓光如實施例4所述。
實施例7由Nobel-Wood造紙機製造的BAC塗敷紙與其它紙的性質比較(1)BAC塗敷紙與其它紙的光澤度比較下述表7和附圖2表明了這樣的結果，即由Nobel-Wood造紙機按上述實施例6所述的方法生產的BAC塗敷紙與其它的紙相比，具有優越的光澤度，特別是Snap性質。Snap指印刷墨跡與紙張未印之處光澤度的差異。BAC塗敷紙的優越的Snap性質是很有價值的，因為它使印墨對光的反射比紙對光的反射更為突出。這種性質對以Snap特性來加強印字和圖案的效果的雜誌印刷和廣告印刷來說是非常有用的。Snap性質越大，則印刷物對讀者來說就越具有躍然紙上的效果。所用的印墨是標準快幹膠印型油基印墨。光澤度的測定如上述實施例3。檢測定光澤度的對照物是如上述實施例6由Nobel-Wood造紙機製造的未塗敷的紙。
Albany，Indiana提供。
表6粗造度(表面平滑度)，表面強度和%亮度下降表面平整度樣品紙粗糙度(μ)印墨粗糙度(μ)表面強度IGT%亮度下降8511.691.567.322.88531.541.728.33.78551.571.676.610.185101.601.898.34.6對照1.701.8910.137.4膠印0.750.8223.235.2輪轉印0.900.916.516.4應當提及的是，實驗性的BAC塗敷紙比商品化的紙要粗糙一些，因為後者在塗敷後還經過起級砑光機加工。因為膠印紙是經過高度塗敷和加工以提供很高的表面強度，所以表面強度是膠印紙的重要參數。膠印過程對紙張表面要求特殊，因而，膠印紙的塗敷就要滿足這些要求。實驗性BAC塗敷紙給出了要得到與輪轉印紙相似的表面強度所需的少量的BAC塗敷值，輪轉紙的塗敷度很高。
就%亮度下降而言，BAC塗敷紙證明，其數值不高就可以達到很高的著墨能力，特別是相對空白對照而言，BAC塗敷紙顯示出了較低的%亮度下降，因而，具有比未塗敷的對照紙更好的印墨/印油著墨性能。
表7光澤度＊樣品種類紙光澤度印墨光澤度光澤度差1-2對照31.234.53.32-2常規BAC38.362.724.43-2精製BAC35.161.025.910-2膠印57.975.317.411-2輪轉印49.565.516.0＊光澤度的數值是以75度角反射光的百分數＊＊常規BAC是只在混合罐中分散的BAC＊＊＊精製BAC是如實施例6所述先在英國離解器中分散後又在混合罐中混合的BAC。
表7和附圖2表明BAC塗敷的Snap特性或光澤度差異比商品級紙張的要優越得多。
(2)BAC塗敷紙和其它紙在印墨密度和%亮度下降等性質的比較下述表8表明，由Nobel-Wood造紙機製造的BAC塗敷紙與其它品級的紙如膠印紙和輪轉印紙相比具有更優越的%亮度下降和印墨密度性質。印墨密度的測定如實施例3。%亮度下降或K和N亮度下降的測量如上述實施例5。對照物選用如上述實施例6所述用Nobel-Wood造紙機製造的未塗敷的紙。
表8印墨密度和%亮度下降樣品品種印墨密度%亮度下降1-2對照1.4142.82-2常規BAC1.719.43-2精製BAC1.698.010-2膠印1.8017.311-2輪轉印1.6731.0如表8的結果所證明，含BAC的樣品在紙張表面具有非常有利的保持印墨的能力，即限制印墨滲透到紙中。此外，BAC塗敷紙顯示出優越的%亮度下降的結果。
BAC塗敷紙與其它紙在表面平滑度和表面強度上的比較下述表9表明了BAC塗敷紙具有比其它紙張更為優越的平滑度和表面強度。附圖3和4給出了BAC塗敷紙與對照紙在表面平滑度上比較的證據。表3和表4分別表明有BAC塗層和沒有BAC塗層的未印刷紙的粗糙度的表面平滑度的測量值比較。表面平滑度還表明該表面接受其它表面塗敷的能力。如僅用少量BAC的樣品所示，使用少量的BAC，則由於BAC塗敷過的表面平滑度就可以使復蓋表面所用的其它表面材料的用量大大減少。要使底紙的表面平整以進一步進行其它表面處理或印刷，則只需少量的BAC就足夠了，因此，也就節省了其它表面塗敷的花費。表面平滑度的測量如實施例3。
表面強度或IGT印刷粘著性能測量了在印刷壓區壓力下撿拾起紙張表面的阻力。表面強度或IGT印刷粘著性能用與上述實施例5相同的方法測量。
表9表面平滑度和表面強度表面平滑度表面強度樣品品種紙粗糙度印墨粗糙度IGT1-2對照1.631.645.62-2常規BAC1.391.2721.33-2精製BAC1.451.3225.810-2膠印0.690.6730.911-2輪轉印0.780.806.2正如表9的結果所示，含BAC的紙本身以及其印刷品均比對照紙具有更加良好的平整表面。就IGT印刷粘著性能或表面強度而言，商品紙是經過超級壓光機加工得到平整的表面，而BAC塗敷的紙僅用一步熱壓區壓光處理就使表面平滑度有了顯著的改進，在獲得優良的表面平滑度方面是又省時又省錢。應該指出的是，不用超級壓光機加工的BAC塗敷紙的表面強度值明顯高於輪轉印刷紙並且接近膠印紙。
實施例8用實驗室動態成形器製備的BAC塗敷紙與其它商品紙的性質比較實驗室動態成形器比常規紙模更近似於造紙機。它含有旋轉圓筒成形網。原料通過上下往復運動的管子流到或噴到內面上。這種裝置可得自CentreTechniquedeI′lndustriedesPapier，CartonsetCelluleses，Grenoble，France。連續地使用所選擇的漿料就可以按所期望的那樣生產出紙。紙的大小約為840×200mm，這種紙比標準紙模生產的紙要大得多。
動態成形器是用於製備塗敷三種水平和兩種配方的細菌性纖維素紙張的裝置。底紙的漿料是65%漂白南方牛皮紙硬木纖維和35%漂白軟木牛皮紙。在與未經提煉的硬木纖維混合之前，先將軟木牛皮紙放入Valley打漿機中重新提煉為約425CSF。
將細菌性纖維素放入英國離解器中分散使其稠度降低。將其一部分放在高剪切力的Cowles混合器中進一步勻化。
製備的底紙重量為約75g/m。在底紙成形後，加上細菌性纖維素原料漿液使一面的塗敷層佔總重量的約1.0，0.5和0.3%。勻化的BAC只用於1%水平。
乾燥後，如實施例4所述對紙張熱壓光。
對照紙的製備如上，只是不進行任何BAC表面處理。所有的紙張均按前述各實施例所述試驗其印刷特性。以商品化的輕量塗敷膠印紙和類似的未塗敷的膠印紙作為對照實驗。
表10給出所得結果。
用1%BAC塗敷的紙的光澤度差異接近高級塗敷膠印紙。但不知道為何勻化的BAC在這個試驗中效果不是太好。正如原來所預料的那樣，低水平使用BAC達不到1%水平的效果。然而，其它以各種水平使用BAC處理過的樣品均優於未塗敷的膠印紙。在改進表面質量方面，很低水平的BAC用量也是有效的。
實施例9BAC塗敷紙的生產及其性質-用施膠壓榨生產兩面BAC塗敷紙在溼端成形時使用細菌性纖維素懸浮液作為表面塗層將必然會在某種程度上進入到紙中。對某些目的來講這是很有利的。然而，如果目的在於改善印刷表面特性，這種方法就不是一種十分有利的應用BAC的方法。令人驚奇的是，用常規的施膠壓榨或用一種或幾種熟知的塗敷器就可有效地將BAC纖維漿液施於原紙上。
為了表明用施膠壓榨塗敷細菌性纖維素的有效性，設計了這樣一種程序，即使用71g/m2原紙，460mm寬的傾斜控制標施膠壓榨。原漿是未施膠的，即未對表面施膠壓榨過的漂白牛皮紙東方軟木電子圖記底紙。細菌性纖維素纖維在水中分散，並放入Deliteur混合器中。加入低粘度的羧甲基纖維素(CMC)比率為2.5份BAC(乾重)對1份CMC。CMC用來改善BAC懸溶液的均一性。適用的CMC可得自Hercules，Inc.，Wilmington，Delaware，為7L型。
第一次，用總固體含量為約0.6%的懸浮液，以每分鐘150米的速度將4.15Kg/T總固體量(BAC+CMC)塗敷於紙的兩面。
第二次，以每分鐘260米的工作速度以固體量約為5Kg/T再塗敷於紙的兩面。
在第一樣品中，BAC的總用量為0.3%，即每張紙面0.15%。第二樣品的總用量為約0.36%，即每面約0.18%。
在製作中沒有出現什麼問題。雖然還可以用更高的速度，但在本處則由於施膠壓榨後的乾燥能力而受到限制。
在試驗前，按實施例4所述，將完成塗敷的樣品及底層原漿樣品均先經過熱壓光處理。
表11給出了處理過的紙，未處理的底料，完成的電子圖記紙以及高級輕重量的塗敷膠印紙之間的性質比較。
可以明顯看出，在印刷特性如光澤度差異和亮度下降等方面均比底層原料有了較大的改善。BAC用量較多的樣品以高速運轉時接近了膠印紙的性能。
實施例10BAC塗敷紙的製備和其性質-第二次施膠壓榨加工按與實施例9相似的方法另設一步施膠壓榨塗敷。然而，用了一套更為擴展的處理方法。以BAC、勻化的BAC分別加上或不加上羧甲基纖維素進行實驗。BAC與CMC的比例上升至4∶1。此外，分別單獨以CMC或熟澱粉作試驗。在一個試驗中，在施膠壓榨時對原紙用442Kg/T的水處理使其具有與另外的樣品相似的幹或溼度。紙張通過施膠壓榨的速度在150-305米/分之間。
對這些樣品未檢測其印墨粗糙度，但測定了兩個另外的特性Parker印刷波紋和Gurley紙張氣孔度。Gurley氣孔度是公知的試驗，以秒記檢測在標準條件下100ml空氣通過紙張的時間。Parker印刷波紋是另一種檢測表面粗糙度的方法。它是在與印刷壓力相似的條件下進行的空氣滲漏型試驗。目前，這是測量紙張和板面的表面粗糙度的標準I.S.O.方法。該試驗所需的設備可得自H.E.MessmerLtd.，London，England。
表12給出施膠壓榨時的工作速度、塗敷層的固體含量，固體的檢拾量。表13給出處理過的紙張的性質。除了一個指定的以外，所有的紙張均在網面熱壓光並在表面作印刷試驗。作為比較，樣品經壓光後在正面印刷。
表12樣品種類固體含量%檢拾(Kg/T)速度(米/分)未處理的底紙原料---用水處理過的原料--305BAC0.706.8213勻化BAC0.653.0213BAC+CMC0.773.5-4.5213勻化BAC+CMC1.05.75213勻化BAC+CMC1.05.75213-正面CMC0.62.8152澱粉7.041.5152輕重量塗敷膠印紙---(1)紙兩面的總量(2)僅用水
用BAC+CMC混合物經施膠壓榨塗敷的紙具有良好的印刷性質，其接近於商品化的輕重量塗敷膠印紙。很明顯，CMC的作用是細菌纖維素的懸浮劑和分散劑。因此，正如空氣孔隙度數值所指明，其可以在原料表面上得到更為均一的且沒有氣孔的塗層。在此，BAC和CMC有著明顯的協作效應。CMC本身與水處理的對照紙除了亮度外，在其餘的性質上均差別不大。
除CMC以外的其它懸浮劑也應具有相同的功能。包括有天然的和合成的材料，如水溶性纖維素醚類。實驗表明，Alco膠與CMC相等。Alco膠的應用形式是以異丁烯酸和丙烯酸乙酯的共聚物為基礎的活性酸乳化液，其可得自於AlcoChemicalCo.，Chattanooga，Tennesee。
用澱粉塗敷的樣品在表面施膠方面與通常施於底紙原料上的相近似。
實施例11單面BAC塗敷紙的製備在上述傾斜施膠壓榨試驗中，底紙的兩面均被塗敷。但對許多產品而言，只需一面具有良好的印刷特性。試驗在控制標短停止機和葉片計量塗敷機進行，以表明用與工業生產非常相似的設備就可容易地將細菌性纖維素施於紙的一面。短停止塗敷器有一個與底輥相對應的頂部，使紙張通過它們之間。當網狀物迅速運動時，使塗敷不停地受到攪動。這由頂部出口處的葉片來完成以達到所期望的塗敷重量。葉片計量塗敷機也非常相似，其頂部將塗敷物直接送達底輥而不是直達紙面上。預先計算過的塗敷物轉移到移動的紙網上，而在另一位置則與底輥相接觸。
如同實施例8和9，底料是未塗敷過的電子圖象記錄紙。所進行的塗敷是BAC與低粘度CMC為4∶1的混合物，該混合物固體總含量為1.0%。其塗敷是用短停止塗敷機塗敷於底紙的網面，用葉片計量塗敷器塗敷於正面。
在葉片計量塗敷器上的工作速度為397米/分，在短停止塗敷機上的工作速度為305米/分。在短停止塗敷機上所進行塗敷為1.65Kg/T，相當於BAC用量為1.32Kg/T。葉片計量塗敷機塗敷重量為約2Kg/T。相當於BAC的量給為1.6Kg/T。
在印刷和試驗之前，所有樣品均按實施例4所述經熱壓光。
葉片式計量試驗特別充分證實了在底紙原料上的印刷特性的顯著改進。短停止試驗與其有某些相等，只是光澤度差值稍差，但其它性質則更好。應當注意的是，獲得這些改進只需很少量的塗敷就夠了。
根據本文所述的內容，本專業領域的技術人員可以在不脫離本發明下述權利要求中所述的實質而找到許多類似的方法。本發明並不僅限於本文中所述的方法，性質和組成，因為各實施例和其它的論述均是為了說明本發明的重要方面。性質和功能與本發明所述相近的那些方法，過程等均在本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種製備優質紙張的方法，其包括將來自於水性懸浮液中的細菌性纖維素塗敷於在此之前經過特定乾燥的纖維素性底物網的至少一個表面上。
2.根據權利要求1所述的方法，當與細菌性纖維素懸浮液接觸時，紙張的含水量為約10%。
3.根據權利要求1所述的方法，包括用施膠壓榨塗敷機或離機塗敷機來施用細菌性纖維素懸浮液。
4.根據權利要求1所述的方法，其中施於網狀物任何一面上的細菌性纖維素均不超過10Kg/T。
5.根據權利要求4所述的方法，其中細菌性纖維素的用量不超過約5Kg/T。
6.根據權利要求1，2，3，4或5中任何一項所述的方法其中細菌性纖維素進一步包括懸浮劑和分散劑。
7.根據權利要求6所述的方法，其中懸浮劑和分散劑是羧甲基纖維素鈉。
8.根據權利要求1，2，3，4或5中任何一項所述的方法，其中細菌性纖維素懸浮液進一步包括填料或色素。
9.根據權利要求1，2，3，4，或5中任何一項所述的方法，進一步包括熱壓光的塗敷產物。
10.一種具有平滑、勻均印刷表面和良好著墨性能的紙產品，包括在至少一個表面上有細菌性纖維素薄塗敷層的纖維狀纖維素性網狀物。
11.根據權利要求10所述的紙產品，其中在網狀物的任何一面上的塗敷的細菌性纖維素量為不超過約10Kg/T。
12.根據權利要求10所述的紙產品，其中在網狀物的任何一面上的塗敷的細菌性纖維素量不超過約5Kg/T。
全文摘要
進行過含細菌性纖維素表面處理的纖維網狀物以及表面處理方法。用常規的造紙設備將細菌性纖維素施用於纖維網狀物的至少一面，使產物適於作為雜誌和廣告的印刷材料。細菌性纖維素可以單獨使用，或與其它材料如填料或色素一起使用。使用相對為較小量的細菌性纖維素可以得到良好的光澤度，平滑度，著墨性能以及表面強度。
文檔編號D21H19/34GK1030109SQ881025
公開日1989年1月4日 申請日期1988年5月4日 優先權日1987年5月4日
發明者多尼德·卡提斯·約翰森, 阿瑪·妮斯·妮傑, 亨利·阿比特·拉比勃克 申請人:韋爾豪澤公司