картон с малой объемной плотностью

Формула изобретения

1. Картон, содержащий:

цельную подложку картона из отбеленной сульфатной целлюлозы (ОСЦ); и

покрытие, нанесенное на упомянутую подложку картона для формирования структуры с покрытием, где упомянутая структура с покрытием обладает поверхностной плотностью, толщиной листа и гладкостью поверхности по Паркеру, и упомянутая гладкость поверхности по Паркеру составляет, самое большее, около 3 мкм, упомянутая поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₂ фунт/3000 фут², где Y₂ является функцией упомянутой толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение:

Y₂=3,71+13,14X-0,1602X ²,

или, альтернативно, упомянутая поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₃ фунт/3000 фут², где Y₃ является функцией упомянутой толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение:

Y₃=3,63+12,85X-0,1566X²,

или, альтернативно, упомянутая поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₄ фунт/3000 фут², где Y₄ является функцией упомянутой толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение:

Y ₄=3,50+12,41X-0,1513X².

2. Картон по п.1, в котором упомянутое покрытие содержит по меньшей мере грунтовочное покрытие и верхнее покрытие, где упомянутое грунтовочное покрытие расположено между упомянутым верхним покрытием и упомянутой цельной подложкой картона из ОСЦ.

3. Картон по п.2, в котором упомянутое покрытие дополнительно содержит промежуточный слой покрытия, расположенный между упомянутым грунтовочным покрытием и упомянутым верхним покрытием.

4. Картон по п.1, в котором упомянутое покрытие содержит крахмал.

5. Картон по п.1, в котором упомянутое покрытие содержит карбонат кальция грубого помола и глину с высоким значением коэффициента формы частиц.

6. Картон по п.1, упомянутая гладкость поверхности которого по Паркеру составляет, самое большее, около 2,5 мкм.

7. Картон по п.1, упомянутая гладкость поверхности которого по Паркеру составляет, самое большее, около 2,0 мкм.

8. Картон по п.1, упомянутая гладкость поверхности которого по Паркеру составляет, самое большее, около 1,5 мкм.

9. Картон по п.1, в котором упомянутое покрытие содержит по меньшей мере один пигмент и в котором каждый из упомянутых пигментов в упомянутом покрытии является неорганическим пигментом.

10. Картон по п.1, в котором упомянутая цельная подложка картона из отбеленной сульфатной целлюлозы (ОСЦ) по существу не содержит химических веществ, увеличивающих объем.

11. Картон по п.1, в котором упомянутая цельная подложка картона из ОСЦ обладает поверхностной плотностью, составляющей по меньшей мере 85 фунт/3000 фут² (138,34 г/м ²).

12. Картон по п.1, в котором упомянутая цельная подложка из ОСЦ является однослойной подложкой.

13. Картон по п.1, в котором упомянутая цельная подложка из ОСЦ состоит по существу из целлюлозы.

Описание изобретения к патенту

Предпосылки создания изобретения

Настоящая патентная заявка направлена на создание картона с малой объемной плотностью, а более конкретно - на создание картона с малой объемной плотностью и гладкой поверхностью.

Картон обычно используют для изготовления различных упаковок. Например, асептический картон для упаковки жидкостей используют для изготовления контейнеров, коробок и т.п. для упаковки напитков. При этом покупатели часто предпочитают картон, имеющий, в общем, гладкую поверхность с небольшим количеством дефектов для обеспечения высококачественной печати текста и графики, для повышения, таким образом, внешней привлекательности продуктов, упакованных в картон.

Обычно гладкость картона обеспечивают посредством каландрирования мокрой бумажной массы, при котором картон повторно смачивают и пропускают через каландр, содержащий два или большее количество жестких валов. В процессе каландрирования мокрой бумажной массы картон разглаживают посредством прессования волокнистой сетчатой структуры для устранения углублений и разрывов в сыром картоне. По этой причине гладкий картон обычно является более плотным (т.е. менее объемным), чем менее гладкий картон.

Например, на фиг.1 представлена диаграмма соотношения поверхностной плотности (фунт/стопа бумаги) (1 стопа бумаги = 3000 фут ²) и толщины (листа) (1 пункт = 0,001 дюйм = 0,0254 мм) определенных известных аналогов цельных картонов из отбеленной сульфатной целлюлозы (ОСЦ), дающая визуальное представление об объемной плотности (т.е. поверхностной плотности, деленной на толщину) известных аналогов картонов. Как можно видеть, точки на диаграмме, в общем, попадают в диапазон между кривой R ₁ и кривой R₂. Картоны с меньшей объемной плотностью (т.е. картон, попадающий в область ниже кривой R₁), особенно - картоны с малой объемной плотностью, имеющие гладкую поверхность, среди аналогов не встречались.

Тем не менее, малая объемная плотность является желательным качеством во многих случаях применения картона. Однако для изготовления гладкого картона с использованием обычного процесса каландрирования мокрой бумажной массы требуется существенное увеличение объемной плотности картона.

Соответственно, существует потребность в картоне с малой объемной плотностью и с требуемой гладкостью для обеспечения высококачественной печати, при сниженной стоимости производства такого картона.

Раскрытие изобретения

Согласно одному аспекту изобретения раскрытый картон с малой объемной плотностью может содержать волокнистую подложку и покрытие, нанесенное на волокнистую подложку для получения структуры с покрытием, где структура с покрытием обладает: гладкостью поверхности по Паркеру, составляющей самое большее около 3 мкм; толщиной листа; и поверхностной плотностью, где поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₁, где Y₁ является функцией толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение 1:

Y₁ =3,79+13,43X-0,1638X² (1)

Согласно другому аспекту изобретения раскрытый картон с малой объемной плотностью может содержать волокнистую подложку и покрытие, нанесенное на волокнистую подложку для получения структуры с покрытием, где структура с покрытием обладает: гладкостью поверхности по Паркеру, составляющей, самое большее, около 3 мкм; толщиной листа и поверхностной плотностью, где поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₂, где Y₂ является функцией толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение 2:

Y₂=3,71+13,14X-0,1602X ² (2)

Согласно другому аспекту изобретения раскрытый картон с малой объемной плотностью может содержать волокнистую подложку и покрытие, нанесенное на волокнистую подложку для получения структуры с покрытием, где структура с покрытием обладает: гладкостью поверхности по Паркеру, составляющей, самое большее, около 3 мкм; толщиной листа и поверхностной плотностью, где поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₃, где Y₃ является функцией толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение 3:

Y₃=3,63+12,85X-0,1566X² (3)

Согласно другому аспекту изобретения раскрытый картон с малой объемной плотностью может содержать волокнистую подложку и покрытие, нанесенное на волокнистую подложку для получения структуры с покрытием, где структура с покрытием обладает: гладкостью поверхности по Паркеру, составляющей, самое большее, около 3 мкм; толщиной листа и поверхностной плотностью, где поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₄, где Y₄ является функцией толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение 4:

Y₄=3,50+12,41X-0,1513X ² (4)

Согласно другому аспекту изобретения раскрытый картон с малой объемной плотностью может содержать: волокнистую подложку, верхнее покрытие и покрытие, расположенное между волокнистой подложкой и верхним покрытием, где волокнистая подложка, грунтовочное покрытие и верхнее покрытие образуют структуру с покрытием, где структура с покрытием обладает: гладкостью поверхности по Паркеру, составляющей, самое большее, около 3 мкм; толщиной листа и поверхностной плотностью, где поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₅, где Y₅ является функцией толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение 5:

Y₅=3,30+11,68X-0,1424X ² (5)

Согласно еще одному аспекту изобретения раскрытый картон с малой объемной плотностью может содержать: волокнистую подложку и покрытие, нанесенное на волокнистую подложку для получения структуры с покрытием, где структура с покрытием обладает: гладкостью поверхности по Паркеру, составляющей, самое большее, около 3 мкм; толщиной листа и поверхностной плотностью, где поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₁', где Y₁' является функцией толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение 6:

Y₁'=36,26+8,342X+0,01629X ² (6)

Согласно еще одному аспекту изобретения раскрытый картон с малой объемной плотностью может содержать: волокнистую подложку и покрытие, нанесенное на волокнистую подложку для получения структуры с покрытием, где структура с покрытием обладает: гладкостью поверхности по Паркеру, составляющей, самое большее, около 3 мкм; толщиной листа и поверхностной плотностью, где поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₂', где Y₂' является функцией толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение 7:

Y₂'=35,55+8,173X+0,01602X ² (7)

Согласно еще одному аспекту изобретения раскрытый картон с малой объемной плотностью может содержать: волокнистую подложку и покрытие, нанесенное на волокнистую подложку для получения структуры с покрытием, где структура с покрытием обладает: гладкостью поверхности по Паркеру, составляющей, самое большее, около 3 мкм; толщиной листа и поверхностной плотностью, где поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₃', где Y₃' является функцией толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение 8:

Y₃'=34,83+8,010X+0,01570X ² (8)

Согласно еще одному аспекту изобретения раскрытый картон с малой объемной плотностью может содержать: волокнистую подложку и покрытие, нанесенное на волокнистую подложку для получения структуры с покрытием, где структура с покрытием обладает: гладкостью поверхности по Паркеру, составляющей, самое большее, около 3 мкм; толщиной листа и поверхностной плотностью, где поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₄', где Y₄' является функцией толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение 9:

Y₄'=33,79+7,769X+0,01524X ² (9)

Согласно еще одному аспекту изобретения раскрытый картон с малой объемной плотностью может содержать: волокнистую подложку, верхнее покрытие и покрытие, расположенное между волокнистой подложкой и верхним покрытием, где волокнистая подложка, грунтовочное покрытие и верхнее покрытие образуют структуру с покрытием, где структура с покрытием обладает: гладкостью поверхности по Паркеру, составляющей, самое большее, около 3 мкм; толщиной листа и поверхностной плотностью, где поверхностная плотность составляет, самое большее, около Y₅', где Y ₅' является функцией толщины (X) листа в пунктах, и ее вычисляют, используя уравнение 10:

Y₅ '=32,77+7,537X+0,01475X² (10)

Другие аспекты раскрытого картона с малой объемной плотностью станут очевидными после ознакомления с последующим описанием, прилагаемыми чертежами и формулой изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена диаграмма соотношения поверхностной плотности и толщины листа определенных картонных материалов известного уровня техники;

на фиг.2 - поперечное сечение раскрытого картона с малой объемной плотностью согласно одному аспекту изобретения;

на фиг.3 - диаграмма соотношения поверхностной плотности и толщины листа раскрытых картонов с малой объемной плотностью согласно различным приведенным в качестве примеров аспектам изобретения;

на фиг.4 - схематическая иллюстрация технологического процесса изготовления раскрытого картона с малой объемной плотностью согласно первому аспекту изобретения;

на фиг.5 - схематическая иллюстрация технологического процесса изготовления раскрытого картона с малой объемной плотностью согласно второму аспекту изобретения;

на фиг.6 - диаграмма соотношения объемной плотности и толщины листа раскрытых картонов с малой объемной плотностью согласно различным приведенным в качестве примеров аспектам изобретения;

на фиг.7 - диаграмма соотношения объемной плотности и гладкости поверхности по Паркеру раскрытого картона с малой объемной плотностью, имеющего толщину листа около 10 пунктов, согласно приведенному в качестве примера аспекту изобретения;

на фиг.8 - диаграмма соотношения объемной плотности и гладкости поверхности по Паркеру раскрытых картонов с малой объемной плотностью, имеющих толщину листа около 12 пунктов, согласно различным приведенным в качестве примеров аспектам изобретения;

на фиг.9 - диаграмма соотношения объемной плотности и гладкости поверхности по Паркеру раскрытых картонов с малой объемной плотностью, имеющих толщину листа около 18 пунктов, согласно различным приведенным в качестве примеров аспектам изобретения; и

на фиг.10 - другая диаграмма соотношения поверхностной плотности и толщины листа согласно различным приведенным в качестве примеров аспектам изобретения, представленным на фиг.3.

Подробное описание изобретения

Раскрытый картон с малой объемной плотностью согласно одному аспекту изобретения, в общем обозначенный позицией 10 (см. фиг.2), может содержать волокнистую подложку 12, грунтовочное покрытие 14 и верхнее покрытие 16. Картон 10 может иметь толщину листа T и верхнюю поверхность S, на которой могут быть напечатаны текст или рисунки. Могут быть использованы дополнительные слои без отступления от объема настоящего изобретения.

Согласно одному аспекту изобретения волокнистая подложка 12 может быть подложкой картона. Под термином "подложка картона" при использовании в данном описании, в общем, понимают любой картон, который может быть покрыт грунтовочным покрытием и может быть однослойной подложкой или многослойной подложкой. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что подложка картона может быть отбеленной или неотбеленной и обычно она является более толстой и более жесткой, чем бумага. Обычно подложка картона обладает поверхностной плотностью в состоянии без покрытия, составляющей около 85 фунт/3000 фут² (138,34 г/м²) или более. Примеры соответствующих подложек картонов включают волнообразный средний слой, плоский картон и цельный картон из отбеленной сульфатной целлюлозы (ОСЦ). Волокнистая подложка 12 согласно одному конкретному аспекту изобретения может содержать по существу химически (а не механически) обработанное волокно, например по существу 100% химически обработанное волокно. Примеры соответствующих подложек 12 из химически обработанного волокна включают цельный картон из отбеленной сульфатной целлюлозы или цельный картон из неотбеленной сульфатной целлюлозы.

Дополнительные компоненты, например: связующие, наполнители, пигменты и т.п., можно добавлять в волокнистую подложку 12 без отступления от объема настоящего изобретения. Кроме того, волокнистая подложка 12 может по существу не содержать пластиковых пигментов для увеличения объемности, например, полых пластиковых пигментов, или расширяющихся микросфер, или других химических веществ, вызывающих увеличение объема. Кроме того, волокнистая подложка 12 может по существу не содержать измельченных древесных частиц.

Верхнее покрытие 16 является необязательным слоем, и оно может быть любым соответствующим верхним покрытием. Например, верхнее покрытие 16 может содержать карбонат кальция, глину и различные другие компоненты, и оно может быть нанесено на грунтовочное покрытие 14 в виде суспензии. Верхние покрытия хорошо известны специалистам в данной области техники, и любое традиционное или нетрадиционное верхнее покрытие 16 может быть использовано без отступления от объема настоящего изобретения.

Грунтовочное покрытие 14 и верхнее покрытие 16 могут быть любыми покрытиями, улучшающими гладкость поверхности S картона 10 без существенного уменьшения толщины T картона 10, обеспечивающими получение, таким образом, гладкого (например, с гладкостью поверхности по Паркеру, составляющей менее приблизительно 3,0 мкм) картона с малой объемной плотностью. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что грунтовочное покрытие 14, а также технологии (рассмотренные ниже) нанесения грунтовочного покрытия 14 на волокнистую подложку 12 могут быть существенными факторами для поддержания низкой объемной плотности продукта.

Согласно первому аспекту изобретения грунтовочное покрытие 14 может быть карбонатно-глинистым грунтовочным покрытием. Карбонатно-глинистое грунтовочное покрытие может содержать компонент из измельченного карбоната кальция, компонент из глины пластинчатой структуры и различные необязательные компоненты, например латексные связующие, загустители и т.п. Карбонатно-глинистое грунтовочное покрытие можно диспергировать в воде, чтобы его можно было наносить на волокнистую подложку 12 в виде суспензии, используя, например, ракельный нож таким образом, чтобы карбонатно-глинистое грунтовочное покрытие по существу заполняло углубления и разрывы в волокнистой подложке 12 без существенного покрытия всей поверхности волокнистой подложки 12.

Измельченный карбонат кальция может быть карбонатом кальция грубого помола, например, марки CARBITAL® 60, доступным для приобретения у компании Imerys Pigments, Inc. (США, шт. Джорджия, г. Розуэлл), или карбонатом кальция очень грубого помола, например, марки CARBITAL® 35, также доступным для приобретения у компании Imerys Pigments, Inc. Глина пластинчатой структуры может быть глиной, обладающей высоким значением коэффициента формы (т.е. отношением длины или диаметра частицы глины к ее толщине), составляющим в среднем около 50:1, например, марки CONTOUR® 1180, доступной для приобретения у компании Imerys Pigments, Inc., или глиной, обладающей очень высоким значением коэффициента формы, составляющим в среднем около 90:1, например, марки XP-6100 (также известной под названием BARRISURF X), также доступной для приобретения у компании Imerys Pigments, Inc.

Конкретные примеры соответствующих карбонатно-глинистых грунтовочных покрытий, а также технологий нанесения таких грунтовочных покрытий на волокнистую подложку 12, раскрыты в заявке US № 61/038,579, поданной 21 марта 2008 г., содержание которой в полном объеме включено в настоящую заявку путем ссылки.

Соответственно, согласно одному аспекту изобретения картон 10 с малой объемной плотностью можно изготавливать, используя процесс 20, проиллюстрированный на фиг.4. Процесс 20 может начинаться с использования напорного ящика 22, из которого волокнистая суспензия может выпускаться на длинносеточное формующее устройство 24 для формования бумажного полотна 26. Бумажное полотно 26 может пропускаться через один или большее число мокрых прессов 28 и, опционально, через одну или большее число сушилок 30. Можно использовать клеильный пресс 32, и с его помощью можно несколько уменьшать толщину бумажного полотна 26, и с помощью опциональной сушилки 34 можно дополнительно сушить бумажное полотно 26. Согласно одному аспекту изобретения бумажное полотно 26 может пропускаться через каландр 36, в котором в зоне контакта нагрузки существенно снижены для уменьшения до минимума или исключения уменьшения толщины бумажного полотна. Предпочтительно, чтобы каландр 36 работал как сухой каландр. Согласно другому аспекту изобретения каландр 36 может быть исключен или обойден. Тогда бумажное полотно 26 может пропускаться через другую опциональную сушилку 38 и направляться в первое устройство 40 для нанесения покрытия. Первое устройство 40 для нанесения покрытия может быть устройством, содержащим ракельный нож, или подобным устройством, и с его помощью можно наносить карбонатно-глинистое грунтовочное покрытие 14 на бумажное полотно 26. С помощью опциональной сушилки 42 карбонатно-глинистое грунтовочное покрытие 14 может быть высушено, по меньшей мере частично, до нанесения опционального верхнего покрытия 16 на втором устройстве 44 для нанесения покрытия. С помощью другой опциональной сушилки 46 процесс сушки может быть завершен до направления бумажного полотна 26 в опциональный лощильный каландр 48, после чего бумажное полотно 26 сматывается в рулон в наматывающем устройстве 50.

Согласно второму аспекту изобретения грунтовочным покрытием 14 может быть раствор пленкообразующего полимера, наносимого на волокнистую подложку 12, а затем вводимого в контакт с нагретой поверхностью в зоне контакта, что вызывает кипение раствора и образование полостей в пленке, которые остаются после высушивания пленки, в результате чего получается гладкая поверхность. Пленкообразующим полимером может быть крахмал, а нагреваемой поверхностью может служить нагреваемый вал.

Конкретные примеры соответствующих пленкообразующих полимеров, а также технологий нанесения таких полимеров на волокнистую подложку, раскрыты в заявке PCT/US07/04742, поданной 22 февраля 2007 г., содержание которой в полном объеме включено в настоящую заявку путем ссылки; в заявке US № 60/957,478, поданной 23 август 2007 г., содержание которой в полном объеме включено в настоящую заявку путем ссылки; и в заявке PCT/US07/19917, поданной 13 сентября 2007 г., содержание которой в полном объеме включено в настоящую заявку путем ссылки.

Соответственно, согласно другому аспекту изобретения картон 10 с малой объемной плотностью может быть изготовлен с использованием процесса 60, проиллюстрированного на фиг.5. Процесс 60 может начинаться с использования напорного ящика 62, из которого волокнистая суспензия может выпускаться на длинносеточное формующее устройство 64 для формования бумажного полотна 66. Бумажное полотно 66 может пропускаться через один или большее число мокрых прессов 68 и, опционально, через одну или большее число сушилок 70. Можно использовать клеильный пресс 72, и с его помощью можно несколько уменьшать толщину бумажного полотна 66, а с помощью опциональной сушилки 74 можно дополнительно сушить бумажное полотно 66. Согласно одному аспекту изобретения бумажное полотно 66 можно пропускать через каландр 76, в котором в зоне контакта нагрузки существенно снижены для уменьшения до минимума или исключения уменьшения толщины бумажного полотна. Каландр 76, если его используют, может работать как сухой каландр. Согласно другому аспекту изобретения каландр 76 может быть исключен или обойден. Тогда бумажное полотно 66 можно направлять к устройству 78 для нанесения пленкообразующего полимера, после чего следует обработка в зоне контакта нагреваемым валом 80 и прессовым валом для формирования гладкой поверхности с полостями в полимерной пленке. После нанесения пленкообразующего полимера и обработки с использованием тепла и давления бумажное полотно 66 может пропускаться через другую опциональную сушилку 82 и направляться к первому устройству 84 для нанесения покрытия. Первое устройство 84 для нанесения покрытия может быть устройством, содержащим ракельный нож, или подобным устройством, и с его помощью можно наносить обычное грунтовочное покрытие (например, второе грунтовочное покрытие) на бумажное полотно 66 с крахмальным покрытием. Можно использовать опциональную сушилку 86 для по меньшей мере частичной сушки грунтовочного покрытия до нанесения опционального верхнего покрытия на втором устройстве 88 для нанесения покрытия. С помощью другой опциональной сушилки 90 процесс сушки может быть завершен до направления бумажного полотна 66 в опциональный лощильный каландр 92, после чего бумажное полотно 66 сматывается в рулон в наматывающем устройстве 94. Лощильный каландр 92 может быть каландром с мягкой зоной контакта, твердой зоной контакта, или он может быть исключен или обойден.

Здесь специалистам в данной области техники должно быть понятно, что с помощью грунтовочных покрытий 14, верхних покрытий 16 и связанных с этим технологий нанесения покрытий, раскрытых выше, можно существенно повысить гладкость полученного картона 10, в то же время по существу сохраняя толщину волокнистой подложки 12 во всем процессе нанесения покрытия.

Примеры

Конкретные примеры гладкого картона с малой объемной плотностью, изготовленного согласно настоящему изобретению, представлены ниже.

Пример 1

Изготавливали цельный картон без покрытия из отбеленной сульфатной целлюлозы (ОСЦ) с малой объемной плотностью, с поверхностной плотностью около 120 фунт/3000 фут² (195,60 г/м²), используя полномасштабный производственный процесс.

Готовили высокообъемное карбонатно-глинистое грунтовочное покрытие следующего состава: (1) 50 частей глины с высоким значением коэффициента формы частиц от компании Imerys Pigments, Inc.; (2) 50 частей PG-3 от компании Omya (карбонат кальция очень грубого помола); (3) 19 частей поливинилацетатного латекса (связующее); и (4) синтетический загуститель, набухающий под воздействием щелочи, в количестве, достаточном для повышения вязкости смеси до 2500 сП при 20 об/мин, при измерении на визкозиметре Брукфильда.

Готовили верхнее покрытие следующего состава: 50 частей тонкоизмельченного карбоната; 50 частей тонкоизмельченной глины; 17 частей поливинилацетата; и незначительные количества кроющего замасливателя, пластикового пигмента, протеина, диспергатора, синтетического модификатора вязкости, пеногасителя и красителя.

Грунтовочное покрытие наносили на картон без покрытия, используя устройство для нанесения покрытия с ленточным ракельным ножом, наклоненным по ходу бумажного полотна. Грунтовочное покрытие наносили таким образом, чтобы на поверхности бумажного полотна оставалось минимальное количество грунтовочного покрытия, требовавшегося для заполнения полостей в неровностях бумажного полотна, в то же время соскабливая излишки грунтовочного покрытия с бумажного полотна, чтобы оставалось минимальное количество грунтовочного покрытия над плоскостью волокнистой поверхности. Грунтовочное покрытие наносили с поверхностной плотностью слоя покрытия около 6,0 фунт/3000 фут² (9,78 г/м²). Поверх грунтовочного покрытия наносили верхнее покрытие для дополнительного улучшения гладкости поверхности. Верхнее покрытие наносили с поверхностной плотностью покрытия около 5,4 фунт/3000 фут ² (8,8 г/м²).

Полученная в результате структура с покрытием обладала общей поверхностной плотностью около 130,0 фунт/3000 фут² (211,9 г/м²), толщиной около 0,012 дюйм (12 пункт.) (0,3 мм) и гладкостью поверхности 10S по Паркеру около 1,5 мкм.

Пример 2

Картон без покрытия с малой объемной плотностью с поверхностной плотностью около 186,8 фунт/3000 фут² (304,48 г/м ²) изготавливали, используя пилотный производственный процесс.

Готовили первое грунтовочное покрытие следующего состава: суспензию, содержавшую 17 масс.% твердого вещества, включавшего 97 масс.% низкомолекулярного этилированного крахмала и 3 масс.% антиадгезива на основе соевого масла. Суспензию наносили на поверхность картона без покрытия с поверхностной плотностью покрытия около 2,7 фунт/3000 фут² (4,4 г/м² ) Обработанный картон затем вводили в контакт с полированным барабаном с температурой около 430°F (221,11°С) и при давлении около 200 фунт/погон. дюйм (3571,57 кг/п.м), таким образом доводя до кипения крахмал и придавая поверхности картона форму, соответствующую поверхности барабана. Поверхностная плотность полученной в результате структуры с покрытием составляла 189,5 фунт/3000 фут² (308,9 г/м²), толщина - около 18,2 пункт. (0,46 мм), гладкость поверхности 10S по Паркеру - около 2,95 мкм.

Второе грунтовочное покрытие готовили в виде смеси из 100 частей измельченного карбоната кальция, 16 частей поливинилацетатного латекса в качестве связующего и около 1,5 части поливинилового спирта с малой молекулярной массой в качестве загустителя. Второе грунтовочное покрытие наносили на картон с покрытием с поверхностной плотностью покрытия около 2,5 фунт/3000 фут² (4,08 г/м²). Полученная в результате структура с покрытием обладала поверхностной плотностью 191,8 фунт/3000 фут² (312,63 г/м²), толщиной около 18,1 пункт. (0,46 мм) и гладкостью поверхности 10S по Паркеру - около 2,28 мкм.

Готовили верхнее покрытие в виде пигментной смеси из 70 частей тонкоизмельченной глины, 30 частей тонкоизмельченного карбоната кальция, 20 частей стиролакрилового латекса (связующее) и около 1,5 части поливинилового спирта с малой молекулярной массой (загуститель). Верхнее покрытие наносили поверх второго грунтовочного покрытия с поверхностной плотностью покрытия около 1,9 фунт/3000 фут² (3,1 г/м² ). Полученная в результате структура с покрытием обладала общей поверхностной плотностью около 193,7 фунт/3000 фут² (315,7 г/м²), толщиной около 18,2 пункт. (0,46 мм) и гладкостью поверхности 10S по Паркеру - около 1,26 мкм.

Пример 3

На картон без покрытия с поверхностной плотностью около 185 фунт/3000 фут² (301,6 г/м²) наносили покрытие из крахмала с поверхностной плотностью около 2,7 фунт/3000 фут² (4,4 г/м² ), используя первый процесс для нанесения грунтовочного покрытия, описанный выше в Примере 2. Полученная в результате структура с покрытием обладала общей поверхностной плотностью около 187,7 фунт/3000 фут² (306,0 г/м²), толщиной около 17,9 пункт. (0,46 мм) и гладкостью поверхности 10S по Паркеру - около 2,40 мкм.

Пример 4

Изготавливали картон без покрытия с малой объемной плотностью и с поверхностной плотностью около 112 фунт/3000 фут² (189,3 г/м ²), используя полномасштабный производственный процесс. Грунтовочное покрытие из Примера 2 наносили описанным способом с поверхностной плотностью покрытия около 3,8 фунт/3000 фут ² (6,2 г/м²).

Готовили верхнее покрытие с составом в виде смеси 85/15 тонкоизмельченного карбоната кальция и тонкоизмельченной покрывной глины, с 14 частями поливинилацетатного латекса и 2 частями карбоксиметилцеллюлозы (загуститель, растворимый в воде). Верхнее покрытие наносили поверх грунтовочного покрытия, используя типичную технологию нанесения верхнего покрытия, с поверхностной плотностью покрытия около 6,6 фунт/3000 фут ² (10,8 г/м²).

Полученная в результате структура с покрытием обладала общей поверхностной плотностью около 118,5 фунт/3000 фут² (193,2 г/м²), толщиной около 10 пункт. (0,25 мм) и гладкостью поверхности 10S по Паркеру - около 2,35 мкм.

Пример 5

Изготавливали картон с покрытием, используя процесс, описанный в Примере 2, путем нанесения суспензии крахмала с поверхностной плотностью покрытия около 3 фунт/3000 фут² (4,9 г/м ²) и верхнего покрытия с поверхностной плотностью покрытия около 6 фунт/3000 фут² (9,8 г/м²). Полученная в результате структура с покрытием обладала поверхностной плотностью около 141,8 фунт/3000 фут² (231,1 г/м²), толщиной около 12,8 пункт. (0,32 мм) и гладкостью поверхности 10S по Паркеру - около 2,20 мкм.

Пример 6

Изготавливали картон без покрытия с малой объемной плотностью и с поверхностной плотностью около 119 фунт/3000 фут² (194,0 г/м²), используя полномасштабный производственный процесс. Картон без покрытия покрывали путем нанесения суспензии крахмала с поверхностной плотностью покрытия около 3 фунт/3000 фут² (4,9 г/м²), используя первый состав грунтовочного покрытия и связанный с ним процесс, описанный в Примере 2. Были отобраны образцы 1 и 2 без верхнего покрытия. Образцы 3 и 4, снабженные верхним покрытием, содержали верхнее покрытие, состав которого описан в Примере 2, с поверхностной плотностью покрытия около 8-9 фунт/3000 фут² (13,0-14,7 г/м²). Образец 4 также подвергли типичному лощильному процессу на каландре. Результаты испытаний представлены в Таблице 1.

Таблица 1
Образец	Толщина листа (пункт.)	Поверхностная плотность (фут/стопа бумаги (3000 фут2 ))	Гладкость поверхности 10S по Паркеру (мкм)
1	11,1	121,7	2,31
2	11	120,8	2,5
3	11,5	130	2,29
4	11,6	130	1,38

На фиг.6 графически представлены соотношения объемной плотности (т.е. поверхностной плотности, деленной на толщину) и толщины листа, полученные в Примерах 1-6, а также соотношения объемной плотности и толщины листа картона согласно уровню техники. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что достигнуты значительно меньшие объемные плотности при изготовлении картона согласно настоящему изобретению. Специалистам в данной области техники также должно быть понятно, что объемная плотность является функцией толщины, поэтому следует сравнивать индивидуальные толщины отдельно при оценке гладкости поверхности по Паркеру.

На фиг.7 графически представлены соотношения объемной плотности и гладкости поверхности по Паркеру картона толщиной 10 пунктов (Пример 4) согласно настоящему изобретению, вместе с соотношениями объемной плотности и гладкости поверхности по Паркеру картона согласно известному уровню техники толщиной 10 пунктов. На фиг.8 графически представлены соотношения объемной плотности и гладкости поверхности по Паркеру картона толщиной 12 пунктов (Примеры 1-6) вместе с соотношениями объемной плотности и гладкости поверхности по Паркеру картона согласно известному уровню техники толщиной 12 пунктов. На фиг.9 графически представлены соотношения объемной плотности и гладкости поверхности по Паркеру картона толщиной 18 пунктов (Примеры 1-6) вместе с соотношениями объемной плотности и гладкости поверхности по Паркеру картона согласно известному уровню техники толщиной 18 пунктов. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что картон согласно настоящему изобретению обладает значительно меньшими объемными плотностями в сравнении с известным уровнем техники, в то же время сохраняя гладкость (т.е. малые показатели гладкости поверхности по Паркеру).

На фиг.3 графически представлены соотношения поверхностной плотности и толщины картона из Примеров 1-6 вместе с соотношениями поверхностной плотности и толщины картона согласно известному уровню техники (см. фиг.1). Все точки на диаграмме согласно данным из Примеров 1-6 попадают ниже кривой Y₁, представляющей кривую согласно уравнению 1, в то время как все показатели картона известного уровня техники находятся выше кривой Y₁. Кроме того, восемь точек на диаграмме из Примеров, выполненных согласно изобретению, попадают ниже кривой Y₂, представляющей кривую согласно уравнению 2, шесть точек на диаграмме попадают ниже кривой Y₃ , представляющей кривую согласно уравнению 3, и две точки на диаграмме попадают ниже кривой Y₄, представляющей кривую согласно уравнению 4.

Аналогичным образом на фиг.10 графически представлены соотношения поверхностной плотности и толщины картона, изготовленного согласно настоящему изобретению, вместе с соотношениями поверхностной плотности и толщины картона согласно известному уровню техники. Все точки на диаграмме попадают ниже кривой Y₁', представляющей кривую согласно уравнению 6, в то время как все показатели картона согласно уровню техники находятся выше кривой Y₁'. Кроме того, несколько точек на диаграмме попадают ниже кривой Y₂ ', представляющей кривую согласно уравнению 7, и несколько большее количество точек на диаграмме попадает ниже кривой Y ₃', представляющей кривую согласно уравнению 8, а другие попадают ниже кривой Y₄', представляющей кривую согласно уравнению 9.

Хотя значения поверхностной плотности теперь представлены на фиг.3 и 10 для различных диапазонов толщин, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что так как с помощью раскрытых покрытий и технологий можно было получать картон с необычно малыми поверхностными плотностями при толщинах около 10, 11, 12, 13 и 18 пунктов, то можно ожидать, что аналогичные малые поверхностные плотности могут быть достигнуты при других толщинах.

Таким образом, картон согласно настоящему изобретению обладает требуемой гладкостью (например, гладкостью поверхности 10S по Паркеру, меньшей 3 мкм и даже меньшей 1,5 мкм) при сохранении малой объемной плотности (например, при поверхностной плотности, меньшей раскрытых пороговых значений, являющейся функцией толщины). Хотя такой картон востребован, авторы считают, что он еще не был получен согласно известному уровню техники.

Хотя различные аспекты раскрытого картона с малой объемной плотностью показаны и описаны, специалистами в данной области техники могут быть осуществлены модификации на основании сведений, полученных при ознакомлении с данной документацией. Настоящая патентная заявка охватывает такие модификации, и она ограничена только объемом формулы изобретения.