Цветная бумага с регулируемым проникновением краски

Цветная бумага с регулируемым проникновением краски

Реферат

Предпосылки создания изобретения

Бумага или картон, используемые для обеспечения упаковки высокого уровня, например, для упаковки сигарет или косметических средств, обычно обладают большим контрастом между двумя сторонами листов. Контраст может быть между черным или темным цветом с одной стороны листа и белым или значительно более светлым цветом на противоположной стороне. Например, эту цветную бумагу высокого качества изготавливают путем ламинирования с одной стороны бумаги черного цвета металлической фольгой.

Цветную бумагу обычно изготавливают путем добавления красящих веществ, например красителей и пигментов, в бумажную массу, в мокрую часть процесса изготовления бумаги, до формования бумажного полотна. Этот процесс изготовления цветной бумаги обладает большим количеством недостатков. Красящие пигменты обычно нерастворимы в воде; следовательно, требуются квасцы и/или вспомогательные удерживающие средства для удерживания пигментов в бумажном полотне. Кроме того, слабое сцепление красящих пигментов с бумажной массой приводит в результате к низкому уровню цветостойкости. Для преодоления этого недостатка, заключающегося в слабом сцеплении, в патенте US 5131981 раскрыт процесс окрашивания бумаги в мокрой части бумагоделательной машины посредством использования красящих пигментов и веществ для закрепления цвета, в котором пигмент и вещества для закрепления цвета добавляют одновременно в бумажную массу, подлежащую окрашиванию. Используют катионные составы веществ для закрепления цвета, для улучшения сцепления красящих пигментов с бумажной массой. Добавление красителей в бумажную массу вызывает окрашивание отработанной воды, что ведет к загрязнению окружающей среды и к другим осложнениям процесса. Окрашивание происходит по всей толщине бумаги, следовательно, требуется большое количество красящих веществ. Это происходит, даже если требуется окрашивание только поверхности бумаги, что приводит к излишним затратам. При выработке каждой партии бумаги приходится изготавливать большое ее количество. Минимальное количество бумаги, изготавливаемое на бумажной фабрике при выработке каждой партии бумаги, намного больше обычно требуемого количества цветной бумаги высокого уровня. В результате этого изготовитель бумаги оказывается обремененным большим запасом неиспользованной цветной бумаги или бумажная фабрика не начинает производство цветной бумаги до тех пор, пока не будет заказано по меньшей мере минимальное количество каждой партии бумаги.

Цветную бумагу можно изготавливать путем нанесения красящего состава на поверхность бумаги после формования бумаги. Как утверждается в PCT публикации WO 2007/128077, при таком процессе обеспечивается выпуск цветной бумаги, обладающей качественными характеристиками, делающими ее пригодной для упаковки, но, к сожалению, этот процесс высокозатратный. Для бумаги высокого качества, используемой в виде упаковочной бумаги высокого уровня, к которой предъявляются требования высокой контрастности между сторонами бумаги, этот процесс обладает дополнительным недостатком. При нанесении красящего состава на поверхность бумаги красящие вещества проникают во внутреннюю часть бумаги и могут пагубно воздействовать на цвет противоположной стороны бумаги. Этот недостаток особенно сильно выражен, когда бумагу сначала окрашивают в белый или светлый цвет, после чего окрашивают в черный или темный цвет с противоположной стороны. Красящие вещества черного или темного цвета могут проникать в бумагу и снижать степень белизны с противоположной стороны, покрытой красящими веществами белого или светлого цвета. В результате этого бумагу высокого качества, используемую для обеспечения упаковки высокого уровня, обычно изготавливают путем: (a) окрашивания бумажной массы в мокрой части процесса изготовления бумаги красящим пигментом черного или темного цвета; (b) формования окрашенного бумажного полотна из окрашенной бумажной массы; (c) закатывания в рулон окрашенного бумажного полотна, полученного в результате процесса изготовления; (d) переноса и (e) перемотки окрашенного бумажного полотна для осуществления процесса ламинирования бумаги с фольгой или для автономного нанесения красящего состава белого или светлого цвета. Этот процесс, соответствующий современному уровню техники в данной области, является процессом, требующим больших затрат труда и времени, сложным и дорогим.

Соответственно, все еще существует потребность в процессе производства цветной бумаги высокого качества, обладающей высокой контрастностью, используемой для обеспечения упаковки высокого уровня, который был бы относительно более простым, менее капиталозатратным, а также требующим меньших затрат времени и труда в сравнении с процессом, соответствующим современному уровню техники в данной области.

Также целесообразно располагать процессом изготовления цветной бумаги высокого качества, обладающей высокой контрастностью, заключающимся в нанесении красящего состава на сформованную бумагу, согласно которому проникновение красящих веществ красящего состава может быть отрегулировано таким образом, чтобы достигалось минимальное воздействие на степень белизны покрытия белого или светлого цвета с противоположной стороны цветной бумаги.

Раскрытие изобретения

Цветную бумагу высокого качества, обладающую высокой контрастностью, пригодную для обеспечения упаковки высокого уровня, изготавливают путем осуществления регулируемого проникновения красящего состава сквозь бумагу. Первую сторону бумаги покрывают первым красящим составом. Затем наносят второй красящий состав на вторую сторону (т.е. на противоположную сторону) бумаги таким образом, чтобы красящее вещество, входящее во второй красящий состав, проникало сквозь бумажное полотно, но не оказывало значительного воздействия на степень белизны покрытия белого или светлого цвета первой покрытой стороны бумаги. При необходимости, первый красящий состав может быть нанесен на бумагу на поточной линии во время процесса изготовления бумаги.

Краткое описание чертежа

На чертеже показан один вариант осуществления раскрытого способа изготовления цветной бумаги высокого качества, обладающей высокой контрастностью, пригодной для обеспечения упаковки высокого уровня.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение ниже описано более подробно, но не все варианты осуществления изобретения обязательно показаны. Хотя изобретение описано со ссылками на приведенные в качестве примеров варианты осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что в изобретение могут быть внесены различные изменения и что элементы изобретения могут быть заменены эквивалентными решениями без отступления от объема изобретения. Кроме того, множество модификаций может быть выполнено, чтобы приспособить конкретные ситуации или материалы к положениям изобретения без отступления от его основного объема.

Раскрытый способ изготовления цветного продукта на бумажной основе включает этапы:

(a) обеспечение подложки на бумажной основе, имеющей первую сторону и вторую сторону;

(b) нанесение покрытия на первую сторону подложки в виде первого красящего состава для обеспечения степени белизны L* со значением L1; и

(c) нанесение покрытия на вторую сторону подложки, обладающую степенью белизны L* со значением L2, в виде второго красящего состава для получения цветного продукта на бумажной основе, характеризуемого степенью белизны L* первой стороны с покрытием со значением L3, и степенью белизны L* второй стороны с покрытием со значением L4,

где L1 не более чем на 8 пунктов больше, чем L3, а L2 по меньшей мере на 30 пунктов больше, чем L4, и где степень белизны L* определяют, используя цветовую характеристику CIE L*a*b* (CIE - Международная комиссия по освещению (МКО)), при использовании осветителя D65 и при угле наблюдения 10°.

На фиг.1 показан один вариант осуществления раскрытого способа изготовления цветной бумаги высокого качества, обладающей высокой контрастностью, пригодной для обеспечения упаковки высокого уровня. Подложка 100 на бумажной основе имеет первую сторону 101 и вторую сторону 102. Первый красящий состав наносят на сторону 101 бумаги, в результате чего получают степень белизны L*, равную L1, покрытой стороны 101. Непокрытая вторая сторона 102 обладает степенью белизны L*, равной L2. Затем на сторону 102 подложки наносят второй красящий состав и получают цветное бумажное полотно с двухсторонним покрытием, характеризуемое степенями белизны L* сторон 101 и 102 с покрытием, равными L3 и L4 соответственно. Полученная в результате цветная бумага высокого качества обладает значением L1, больше чем на 8 пунктов превышающим значение L3, и значением L2, превышающим по меньшей мере на 30 пунктов значение L4, где степень белизны L* определяют, используя цветовую характеристику CIE L*a*b*, при использовании осветителя D65 и при угле наблюдения 10°.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения второе красящее вещество, входящее во второй красящий состав, проникает в обработанную бумагу регулируемым образом так, что может быть достигнуто постепенное уменьшение интенсивности второго цвета в направлении от второй покрытой стороны к первой покрытой стороне.

Кроме того, проникновение второго красящего вещества, входящего во второй красящий состав, можно регулировать таким образом, чтобы обработанная бумага была окрашена вторым красящим веществом по всей ее толщине или только частично. Вторым красящим веществом может быть окрашено, при необходимости, от около 10% до около 100% толщины обработанной бумаги.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения на подложку на бумажной основе сначала наносят покрытие на первую сторону в виде белого или светлого красящего состава. Затем красящий состав черного или темного цвета наносят на вторую сторону (т.е. на противоположную сторону) бумаги таким образом, чтобы красящее вещество, входящее в состав черного или темного цвета, проникало сквозь бумажное полотно, но не оказывало значительного воздействия на цвет или степень белизны первой покрытой стороны бумаги.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения цветную бумагу, содержащую первую сторону, покрытую белым или светлым красящим составом, можно изготавливать на поточной линии во время процесса изготовления бумаги.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения белый или светлый красящий состав является составом для мелования бумаги, например, таким, который обычно используют в целлюлозно-бумажной промышленности.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения на первую ее сторону подложки на бумажной основе наносят покрытие для мелования бумаги на поточной линии во время процесса изготовления бумаги для получения бумаги с односторонним мелованным покрытием. Затем на непокрытую сторону полученной в результате бумаги с односторонним мелованным покрытием наносят красящий состав черного или темного цвета.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения второй красящий состав содержит красящее вещество и поверхностно-активное вещество (ПАВ) в таком соотношении, что красящее вещество может регулируемым образом проникать сквозь бумажное полотно без существенного воздействия на цвет или степень белизны другой стороны бумаги. Здесь ПАВ является компонентом, оказывающим существенное влияние на регулирование проникновения в бумажное полотно красящего вещества, входящего во второй красящий состав. Соотношение красящего вещества и ПАВ во втором красящем составе может быть оптимизировано таким образом, чтобы обеспечивать минимальное воздействие на цвет или степень белизны другой стороны бумаги. Это соотношение может зависеть от множества факторов, например от толщины подложки на бумажной основе, типа наносимых красителей, типа волокнистой массы, используемой в подложке на бумажной основе, и особенно от типа конечного назначения упаковки. Таким образом, имеется диапазон соотношений красящего вещества и ПАВ в реально применяемых вторых красящих составах.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения второй красящий состав содержит:

(a) от около 1 мас.% до около 10 мас.% красящего вещества; и

(b) от около 1 мас.% до около 5 мас.% ПАВ.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения второй красящий состав содержит:

(a) от около 1 мас.% до около 10 мас.% красящего вещества; и

(b) от около 0,1 мас.% до около 3,0 мас.% ПАВ.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ), пригодные для использования согласно настоящему изобретению, могут быть анионными, катионными, неионными, амфотерными ПАВ и их сочетаниями. Примеры ПАВ включают (но их состав не ограничен данным перечнем): полиалкиленгликоль, сополимеры окиси полипропилена и окиси полиэтилена, жирную кислоту и ПАВы на основе производных жирных кислот.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения красящий состав содержит красящее вещество и ПАВ и не содержит клея. Без какого-либо намерения быть связанным с какой-либо теорией представляется, что клей препятствует проникновению красящего вещества во внутреннюю часть бумаги.

Красящие составы можно наносить на подложку на бумажной основе, используя любой известный способ нанесения. К таким способам относятся (но их состав не ограничен данным перечнем): прессовый способ нанесения аппрета, нанесение щеткой, напылением, валами, нанесение покрытия с удалением излишков планкой, нанесение окунанием, разливом, воздушным шабером, поливом и их сочетаниями.

Примеры

Отбеленный картон использовали в качестве подложки на бумажной основе. Состав для мелования наносили на одну сторону картона. Полученный в результате картон с мелованным покрытием затем делили на две группы. Первую группу сохраняли как контрольную группу образцов. На непокрытую сторону второй группы образцов картона с мелованным покрытием наносили красящий состав черного цвета, содержавший около 2 мас.% ПАВ и около 5 мас.% черного красящего вещества, для получения цветного картона с двухсторонним покрытием. Определяли толщину, цвет, оттенок и гладкость поверхности указанного цветного картона с двухсторонним покрытием и контрольной группы образцов картона с мелованным покрытием.

Калибр, или толщину, картона измеряли согласно стандарту на условия проведения испытаний TAPPI T 411 (TAPPI - Техническая ассоциация бумагоделательной промышленности (США)). Использовали два типа методик для определения гладкости поверхности картона: методику испытаний Parker Print Surf (PPS), соответствующую стандарту на условия проведения испытаний TAPPI 555, и методику испытаний Sheffield, соответствующую стандарту на условия проведения испытаний TAPPI 538.

Определяли цвет и оттенок каждой стороны испытываемого картона, используя цветовую характеристику CIE L*a*b*. Величина L* представляет степень белизны или общее количество света, отражаемого поверхностью бумаги, где L*=0 означает черный цвет, а L*=100 означает рассеянный белый цвет. Величина a* представляет собой ось от зеленого к красному/пурпурному цвету, где отрицательное значение величины a* означает зеленый цвет, тогда как положительное значение величины a* означает пурпурный цвет. Величина b* представляет собой ось от синего к желтому цвету, где отрицательное значение величины b* означает синий цвет, а положительное значение величины b* означает желтый цвет. Цвет картона определяли в цветовом пространстве CIE L*a*b* при угле наблюдения 10° и при использовании осветителя D65 в качестве источника света. Каждую сторону каждого картона подвергали испытаниям по определению цвета три раза для получения средних значений величин L*, a* и b*.

Свойства контрольного образца картона показаны в Таблице 1, а свойства раскрытого в изобретении двухстороннего цветного покрытого картона показаны в Таблице 2. Цвет в цветовом пространстве CIE L*a*b* стороны контрольного образца картона с мелованным покрытием сравнивали с цветом стороны с мелованным покрытием образца картона, раскрытого в изобретении. Цвет в цветовом пространстве CIE L*a*b* непокрытой стороны контрольного образца картона сравнивали с цветом стороны раскрытого в изобретении образца картона, покрытого красящим составом черного цвета.

Когда непокрытую сторону картона покрывали красящим составом черного цвета, значения величин L*, a* и b* существенно уменьшались, подтверждая значительное изменение оттенка и цвета. Степень белизны L* (L4) стороны раскрытого в изобретении картона, покрытой красящим составом черного цвета, была на 66 пунктов ниже степени белизны L* (L3) непокрытой стороны контрольного образца картона с мелованным покрытием. С другой стороны, степень белизны L* (L2) стороны с мелованным покрытием раскрытого в изобретении картона была приблизительно такой же, как и степень белизны L1 стороны с мелованным покрытием контрольного образца картона. Это означает, что красящий состав черного цвета проникал во внутреннюю часть картона до определенного уровня, но не сквозь картон. Если бы красящий состав черного цвета проникал сквозь картон до противоположной стороны с мелованным покрытием, то степень белизны L4 была бы значительно меньшей.

Таблица 1
Толщина (количество пунктов)	Гладкость по методике PPS	Гладкость по методике Sheffield	Сторона с белым покрытием	Сторона без покрытия
L*(L1)	a*	b*	L*(L3)	a*	b*
13,2	1,8	24	94,683	-1,130	2,836	93,623	-1,572	2,237
94,670	-1,177	2,796	93,654	-1,559	2,210
94,683	-1,160	2,782	93,690	-1,568	2,212
94,679	-1,156	2,805	93,656	-1,566	2,220

Таблица 2
Толщина (количество пунктов)	Гладкость по методике PPS	Гладкость по методике Sheffield	Сторона с белым покрытием	Сторона, покрытая красящим составом, раскрытым в изобретении
L*(L2)	a*	b*	L*(L4)	a*	b*
13,9	1,9	66	92,784	-1,079	2,924	27,364	0,014	-0,886
93,005	-1,048	2,493	27,323	-0,017	-0,903
93,326	-0,989	3,043	27,540	-0,002	-0,857
93,038	-1,039	2,820	27,409	-0,002	-0,882

В Таблицах 1 и 2 показана контролируемая диффузия красящего вещества черного цвета в картоне с минимальным воздействием на оттенок или цвет стороны с мелованным покрытием.

В упомянутом выше примере раскрытый в изобретении окрашенный картон содержит с одной стороны мелованное покрытие, а с противоположной стороны покрытие черного цвета. Однако следует понимать, что этот пример является просто одним вариантом осуществления и не предназначен для ограничения объема настоящего изобретения.

Хотя изобретение описано со ссылками на различные конкретные варианты осуществления, следует понимать, что может быть внесен ряд различных изменений в пределах сущности и объема описанного изобретения. Предполагается, что изобретение не должно быть ограничено описанными вариантами осуществления, а должно охватывать весь объем, определенный следующей формулой изобретения.

1. Способ изготовления цветного продукта на бумажной основе, включающий этапы:(a) обеспечение подложки на бумажной основе, имеющей первую сторону и вторую сторону;(b) нанесение покрытия на первую сторону подложки в виде первого красящего состава для обеспечения степени белизны L* со значением L1; и(c) нанесение покрытия на вторую сторону подложки, обладающей степенью белизны L* со значением L2, в виде второго красящего состава для получения цветного продукта на бумажной основе, характеризуемого степенью белизны L* со значением L3 для первой стороны, снабженной покрытием, и степенью белизны L* со значением L4 для второй стороны, снабженной покрытием;при этом L1 не более чем на 8 пунктов больше, чем L3, а L2 по меньшей мере на 30 пунктов больше, чем L4, причем степень белизны L* определяют, используя цветовую характеристику CIE L*a*b*, при использовании осветителя D65 и при угле наблюдения 10°.

2. Способ по п.1, в котором L1 не более чем на 3 пункта больше, чем L3.

3. Способ по п.1, в котором L2 по меньшей мере на 40 пунктов больше, чем L4.

4. Способ по п.1, в котором второй красящий состав содержит второе красящее вещество, и интенсивность цвета второго красящего вещества в цветном продукте на бумажной основе постепенно уменьшается в направлении от второй покрытой стороны к первой покрытой стороне.

5. Способ по п.1, в котором второй красящий состав содержит красящее вещество, которым окрашивают от 10% до 100% толщины окрашиваемого продукта на бумажной основе.

6. Способ по п.1, в котором первый красящий состав содержит состав для мелования бумаги.

7. Способ по п.1, в котором первый красящий состав наносят на подложку во время процесса изготовления бумаги.

8. Способ по п.1, в котором второй красящий состав содержит:(a) от 1 мас.% до 10 мас.% красящего вещества; и(b) от 1 мас.% до около 5 мас.% поверхностно-активного вещества.

9. Способ по п.8, в котором второй красящий состав не содержит клея.

10. Цветной продукт на бумажной основе, полученный по способу, включающему этапы:(a) обеспечение подложки на бумажной основе, имеющей первую сторону и вторую сторону;(b) нанесение покрытия на первую сторону подложки в виде первого красящего состава для обеспечения степени белизны L* со значением L1; и(c) нанесение покрытия на вторую сторону подложки, обладающей степенью белизны L* со значением L2, в виде второго красящего состава, при этом(i) первая сторона продукта, снабженная покрытием, обладает степенью белизны L* со значением L3, а вторая сторона, снабженная покрытием, обладает степенью белизны L* со значением L4;(ii) L1 не более чем на 8 пунктов больше, чем L3, а L2 по меньшей мере на 30 пунктов больше, чем L4, и значения степеней белизны L определяют, используя цветовую характеристику CIE L*a*b*, при использовании осветителя D65 и при угле наблюдения 10°.

11. Продукт по п.10, характеризуемый увеличением показателя гладкости по методике Parker Print Surf не более чем на 1 пункт после нанесения второго красящего состава на этапе (с).

12. Продукт по п.10, характеризуемый увеличением толщины не более чем на 1 пункт после нанесения второго красящего состава на этапе (с).

13. Продукт по п.10, в котором второй красящий состав содержит второе красящее вещество, и который дополнительно характеризуется постепенным уменьшением интенсивности цвета второго красящего вещества в направлении от второй покрытой стороны к первой покрытой стороне.

14. Продукт по п.10, в котором второй красящий состав содержит второе красящее вещество, и который дополнительно характеризуется тем, что от 10% до 100% его толщины окрашено вторым красящим веществом.

15. Продукт по п.10, в котором второй красящий состав содержит:(а) от 1 мас.% до 10 мас.% красящего вещества; и(b) от 1 мас.% до 5 мас.% поверхностно-активного вещества.