Подложка для материалов для записи информации - RU2405079C2

Описание

Изобретение относится к подложке для материалов для записи информации, а также ее применению в качестве подложки для фотографических материалов и в качестве подложки для носителей цифровой записи, таких как в способе струйной печати (чернильно-струйной), способе сублимационной печати с термопереносом и способе цветной лазерной печати.

Для получения фотографических материалов для записи информации применялись подложки на бумажной основе с полимерным покрытием (подложки), которые должны были удовлетворять строгим требованиям относительно свойств поверхности и стабильности фотохимических характеристик.

Эти подложки на бумажной основе с полимерным покрытием обычно состоят из проклеенной бумажной основы, которая преимущественно покрыта с обеих сторон полиолефином, нанесенным с помощью экструзии. При экструзионном нанесении покрытия на бумагу в зависимости от скорости нанесения покрытия на поверхности полимера возникают точечные дефекты в виде оспин, так называемые микрократеры (питтинг). При высоких скоростях вращения охлаждающего цилиндра пузырьки воздуха, захваченные в мелких углублениях на поверхности охлаждающего цилиндра, не улетучиваются перед контактом с горячим полимером, так что оставшийся воздух улетучивается только после нанесения покрытия, оставляя точечные углубления на поверхности полимера. Эти поверхностные дефекты отрицательно сказываются на свойствах поверхности, требуемых для материала подложки и критически важных для качества изображения, таких как глянец и гладкость. Хотя улучшение поверхностных характеристик может быть достигнуто путем увеличения количества наносимого полимера, эта мера все же не является достаточной при высоких скоростях экструдирования и к тому же сопряжена с более высокой стоимостью материала. Для печати на поверхности все же решающими являются не только точечные дефекты (питтинг), но и свойства бумажной основы, такие как шероховатость поверхности/гладкость и структура бумаги (волокнистость).

Патент ЕР 0952483 В1 описывает фотографическую подложку и предлагает наносить на бумажную подложку покровный слой, содержащий каолин, причем количество каолина не должно превышать 3,3 г/м². Кроме того, требуется, чтобы верхняя сторона пигментированного покровного слоя имела среднюю шероховатость Ra на уровне 1,0 мкм или менее. Вероятно, при превышении этих значений возникают проблемы с адгезией в отношении полиолефинового покрытия, нанесенного на пигментированный покровный слой.

Однородная поверхность подложки имеет значение не только для фотографических материалов для записи информации. Для получения изображения, подобного фотографии, при изготовлении нефотографических материалов для записи информации, например бумаги для струйной печати, применяются бумаги, покрытые полиолефином. Неоднородная или имеющая дефекты поверхность подложки снижает качество напечатанных изображений.

Поверхность бумаги может быть также улучшена путем добавления неорганического наполнителя в целлюлозную суспензию, так как пустоты внутри нетканого материала заполняются частицами наполнителя, что ведет к улучшению гладкости бумаги и повышает непрозрачность. Но одновременно с этим введение наполнителей в бумажную массу ведет к снижению прочности и жесткости бумаги. Эти ухудшения характеристик ограничивают применение наполнителей. Накладываются ограничения также на выбор наполнителя, поскольку сорт наполнителя может оказывать влияние на фотографический материал или иметь нежелательные последствия при процессе проявления. Так, например, карбонат кальция склонен к вымыванию и выпадению в осадок в форме кальциевых солей в проявочном растворе.

В патенте ЕР 1146390 А1 улучшается удержание наполнителя путем уплотнения бумаги до значения плотности от 1,05 до 1,20 г/см³.

В патенте JP 2004-149952 в качестве материала подложки применяется бумага с наполнителем, снабженная пигментированным покровным слоем на основе латекса. Используемый в покровном слое латекс представляет собой акриловый латекс, пригодный для диспергирования в воде.

Задача изобретения состоит в представлении подложки для материалов для записи информации, поверхность которой имеет в достаточной мере высокую гладкость, чтобы после напечатания изображения качество изображения не ухудшалось из-за негативных поверхностных свойств подложки. В частности, при экономии материалов могут быть достигнуты не только хорошая поверхность, но и достаточная жесткость и прочность. Наконец, желательно получать бумажную основу таким образом, чтобы отходы производства могли быть повторно использованы без затруднений при напуске бумажной массы на сетку бумагоделательной машины, без необходимости проведения до сих пор дорогостоящей предварительной обработки отходов производства.

Эта задача решается с помощью подложки для слоев записи данных на бумажной основе, которая содержит целлюлозу из древесины лиственных пород с содержанием волокнистого вещества мельче 200 мкм, после измельчения, не более 45 весовых процентов, и со средней длиной волокон от 0,4 до 0,8 мм, и имеет содержание наполнителя от 5 до 40 весовых процентов, в особенности от 10 до 25 весовых процентов, в расчете на массу целлюлозы.

Целью изобретения далее является подложка для слоев записи данных с бумажной основой и, по меньшей мере, одним полимерным слоем, расположенным, по меньшей мере, на одной стороне бумажной основы, причем бумажная основа содержит целлюлозу из древесины лиственных пород с долей волокнистого вещества мельче 200 мкм, после измельчения, не более 45 весовых процентов и средней длиной волокон от 0,4 до 0,8 мм, и имеет содержание наполнителя от 5 до 40 весовых процентов, в особенности от 10 до 25 весовых процентов.

В дальнейшем варианте осуществления изобретения задача решается с помощью подложки для слоев записи данных с бумажной основой и, по меньшей мере, одним содержащим связующее средство слоем, расположенным, по меньшей мере, на одной стороне бумажной основы, причем бумажная основа содержит целлюлозу из древесины лиственных пород с долей волокнистого вещества мельче 200 мкм, после измельчения, не более 45 весовых процентов и средней длиной волокон от 0,4 до 0,8 мм, и имеет содержание наполнителя от 5 до 40 весовых процентов, в особенности от 10 до 25 весовых процентов.

Наконец, задача решается с помощью подложки для слоев записи данных с бумажной основой, по меньшей мере, одним содержащим связующее средство слоем, причем слой расположен на передней стороне бумажной основы, и сформированным на слое полимерным слоем, и причем бумажная основа содержит целлюлозу из древесины лиственных пород с долей волокнистого вещества мельче 200 мкм, после измельчения, не более 45 весовых процентов, и средней длиной волокон от 0,4 до 0,8 мм, и имеет содержание наполнителя от 5 до 40 весовых процентов, в особенности от 10 до 25 весовых процентов, в расчете на массу целлюлозы, и слой содержит гидрофильное пленкообразующее связующее средство.

Для целей изобретения под термином «бумажная основа» понимают бумагу, не имеющую покрытия или проклеенную с поверхности. В дополнение к целлюлозным волокнам бумажная основа может содержать клеевые средства, такие как димеры алкилкетенов, алифатические кислоты и/или соли алифатических кислот, эпоксидированные амиды алифатических кислот, ангидрид янтарной кислоты с алкенильными или алкильными группами, средства для повышения прочности во влажном состоянии, такие как полиамин-полиамид-эпихлоргидрин, средства для повышения прочности в сухом состоянии, такие как анионные, катионные или амфотерные полиамиды, оптические отбеливатели, пигменты, красители, противопенные средства и прочие известные в бумажной промышленности вспомогательные средства. Бумажная основа может быть проклеенной с поверхности. Пригодные для этой цели проклеивающие средства представляют собой, например, поливиниловый спирт или окисленный крахмал. Бумажная основа может быть изготовлена на длинносеточной или круглосеточной бумагоделательной машине («янки», цилиндровой бумагоделательной машине). Вес единицы поверхности бумажной основы может составлять от 50 до 250 г/м², в особенности от 80 до 180 г/м². Бумажная основа может быть использована в неуплотненной или уплотненной форме (лощеной). Особенно хорошо пригодными являются бумажные основы, имеющие плотность от 0,8 до 1,05 г/см³, в особенности от 0,95 до 1,02 г/см³.

После измельчения целлюлоза имеет содержание мелких фракций (менее чем 200 мкм) от 0 до 35% по весу, предпочтительно от 10 до 35% по весу.

Целлюлоза согласно изобретению имеет содержание тонкодисперсного материала (<100 мкм) перед измельчением не более 15 весовых процентов, в особенности от 2 до 10 весовых процентов, относительно массы целлюлозы. Средняя длина волокон неочищенной целлюлозы составляет от 0,6 до 0,85 мм (измерение по способу фирмы Kajaani). Далее, целлюлоза имеет содержание лигнина менее чем 0,05 весового процента, в особенности от 0,01 до 0,03 весового процента, относительно массы целлюлозы.

Целлюлоза согласно изобретению предпочтительно представляет собой эвкалиптовую целлюлозу, имеющую содержание волокнистого вещества мельче, чем 200 мкм, после измельчения от 10 до 35 весовых процентов, и среднюю длину волокон от 0,5 до 0,75 мм.

Было показано, что применение целлюлозы, имеющей ограниченное содержание волокон мельче, чем 200 мкм, сокращает потерю жесткости, обусловленную введением наполнителя. Применяемая обычно целлюлоза из древесины лиственных пород сорта NBHK (Northern Bleached Hardwood Kraft Pulp, северная беленая лиственная крафт-целлюлоза) отличается по меньшей мере на 10-20 весовых процентов повышенным содержанием мелких фракций. Например, содержание волокнистого вещества мельче 200 мкм после измельчения в кленовой целлюлозе составляет около 60 весовых процентов, в расчете на массу целлюлозы. Содержание лигнина в этой целлюлозе составляет 0,18 весового процента, в расчете на массу целлюлозы.

В качестве наполнителя в бумажной основе могут быть применены, например, каолин, карбонат кальция в его натуральной форме, такой как известняк, мрамор или доломитовый камень, осажденный карбонат кальция, сульфат кальция, сульфат бария, диоксид титана, тальк, оксид кремния, оксид алюминия и их смеси. В особенности пригоден карбонат кальция с гранулометрическим составом, включающим по меньшей мере 60% частиц, более мелких, чем 2 мкм, и не более 40% частиц, более мелких, чем 1 мкм. В особенно предпочтительном варианте исполнения изобретения употребляется известковый шпат с гранулометрическим составом, включающим около 25% частиц с размерами частиц менее, чем 1 мкм, и примерно 85% частиц, размер частиц которых составляет менее, чем 2 мкм. Согласно дальнейшему варианту осуществления изобретения может быть применен карбонат кальция с гранулометрическим составом, включающим по меньшей мере 70%, преимущественно по меньшей мере 80% частиц, более мелких, чем 2 мкм, и не более 70% частиц, более мелких, чем 1 мкм.

Полимерный слой, расположенный по меньшей мере на одной стороне бумажной основы, может преимущественно содержать термопластический полимер. В особенности пригодными для этого являются полиолефины, например полиэтилен низкой плотности (LDPE), полиэтилен высокой плотности (HDPE), этилен-α-олефиновый сополимер (LLDPE), полипропилен и их смеси.

Полимерный слой может содержать белый пигмент, такой как диоксид титана, а также другие вспомогательные вещества, такие как оптический отбеливатель, красители и диспергатор. Вес на единицу площади полимерного слоя может составлять от 5 до 50 г/м², в особенности от 10 до 30 г/м², или, согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления, от 10 до 20 г/м². Полимерный слой может быть экструдирован в виде одиночного покрытия или соэкструдирован как многослойное покрытие. Экструзионное покрытие может быть выполнено при производительности установки до 600 м/мин.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения оборотная сторона бумажной основы может быть покрыта прозрачным, то есть не содержащим пигмента полиолефином, в частности полиэтиленом. Вес на единицу площади полимерного слоя может составлять от 5 до 50 г/м², в особенности от 10 до 40 г/м², или, согласно дальнейшему предпочтительному варианту исполнения, от 10 до 20 г/м².

Оборотная сторона подложки также может содержать прочие функциональные слои, такие как антистатические или противоскручивающие слои.

В одном дальнейшем варианте осуществления изобретения полимерный слой может представлять собой полимерную пленку или биаксиально ориентированную полимерную пленку. Особенно хорошо пригодными являются полиэтиленовые или полипропиленовые пленки с пористым сердцевинным слоем и по меньшей мере одним непористым непигментированным или содержащим белый пигмент поверхностным слоем, расположенным по меньшей мере на одной стороне сердцевинного слоя. Полимерная пленка может быть нанесена на бумажную основу путем ламинирования с помощью экструзионного процесса, причем одновременно может быть нанесен усилитель сцепления, например полиэтилен.

В одном дальнейшем варианте осуществления изобретения между бумажной основой и полимерным слоем может быть расположен еще один слой, который содержит гидрофильное связующее средство. Особенно хорошо пригодными для этого являются пленкообразующие крахмалы, такие как термически модифицированные крахмалы, в частности кукурузные крахмалы или гидроксипропилированные крахмалы. В предпочтительном варианте исполнения изобретения применяются крахмальные растворы с низкой вязкостью, причем значения вязкости по Брукфильду варьируют в диапазоне от 50 до 600 мПа·с (25%-ный раствор при температуре 50°С и скорости вращения шпинделя 100 об/мин), в особенности от 100 до 400 мПа·с, преимущественно от 200 до 300 мПа·с. Вязкость по Брукфильду измеряется согласно стандарту ISO 2555. Преимущественно связующее средство не содержит синтетического латекса. Благодаря отсутствию синтетического связующего средства становится возможным повторное использование отходов материалов без предварительной обработки.

Слой, содержащий гидрофильное связующее средство, преимущественно может содержать прочие полимеры, такие как полиамидные сополимеры и/или поливиниламинные сополимеры. Полимер может быть применен в количестве от 0,4 до 5 весовых процентов, в расчете на массу пигмента. Согласно предпочтительному варианту осуществления количество этого полимера составляет от 0,5 до 1,5 весовых процентов.

Слой, содержащий гидрофильное связующее средство, может быть непосредственно нанесен на переднюю сторону бумажной основы или на оборотную сторону бумажной основы. Он может быть нанесен на бумажную основу как одиночный слой или многослойное покрытие. Покровная масса может быть нанесена с помощью всех обычных в производстве бумаги устройств для нанесения покрытий в ходе процесса изготовления или в отдельной операции, причем количество подбирается так, чтобы после высушивания вес слоя на единицу площади составлял не более 20 г/м², в особенности от 8 до 17 г/м², или, согласно в особенности предпочтительному варианту исполнения, от 2 до 6 г/м².

Слой преимущественно может содержать пигмент. Пигмент может быть выбран из группы, состоящей из оксидов, силикатов, карбонатов, сульфидов и сульфатов металлов. Особенно хорошо пригодными являются такие пигменты, как каолин, тальк, карбонат кальция и/или сульфат бария. В особенности предпочтительным является пигмент с узким гранулометрическим составом, в котором по меньшей мере 70% частиц пигмента имеют размер менее чем 1 мкм. Чтобы достигнуть эффекта согласно изобретению, доля пигмента с узким гранулометрическим составом в общем количестве пигмента должна составлять по меньшей мере 5 весовых процентов, в особенности от 10 до 90 весовых процентов. Особенно хорошие результаты могут быть достигнуты при содержании от 30 до 80 весовых процентов от общего количества пигмента.

Под понятием «пигмент с узким гранулометрическим составом» согласно изобретению понимаются также пигменты с гранулометрическим составом, при котором по меньшей мере 70 весовых процентов частиц пигмента имеют размер менее, чем 1 мкм, и при содержании от 40 до 80 весовых процентов этих частиц пигмента разность между пигментом с самой большой величиной частиц (диаметром) и пигментом с самой маленькой величиной частиц составляет меньше чем около 0,4 мкм. В качестве особенно предпочтительного оказался карбонат кальция со значением d_50% около 0,7 мкм.

В одном особенном варианте осуществления изобретения употреблялась смесь пигментов, которая состояла из вышеназванных карбоната кальция и каолина. Количественное соотношение «карбонат кальция/каолин» преимущественно составляет от 30:70 до 70:30. Неожиданно было установлено, что, несмотря на высокие доли склонного к пожелтению каолина, наблюдалось лишь незначительное негативное влияние на степень белизны покрытого материала.

Количественное соотношение «связующее средство/пигмент» в слое может составлять от 0,1 до 2,5, преимущественно от 0,2 до 1,5, в особенности все же от 0,9 до 1,3.

Содержание твердых веществ в покровной массе согласно изобретению может составлять от 15 до 35 весовых процентов, в расчете на вес покровной массы.

Подразумевается, что эти крахмалы на поверхности бумажной основы образуют пленку. Эта пленка препятствует накоплению частиц пигмента из покровной массы в углублениях на поверхности бумаги. Связующее средство и пигмент тем самым остаются на поверхности бумажной основы. Благодаря этому требуется меньшее количество пигмента, чтобы добиться желаемой гладкости бумаги. Это связующее средство способствует тому, чтобы пигментированная бумага могла быть утилизирована вновь с помощью общеупотребительного способа роспуска бумажной массы без образования пятен и в качестве чистосортных отходов производства могла быть использована в производственном цикле бумагоделательной машины.

В зависимости от желаемого применения на соответствующую изобретению подложку могут быть нанесены прочие функциональные слои, такие как слои эмульсии с солями серебра для фотографических материалов записи информации, слои для записи данных для способа струйной печати или слои для печати другими изобразительными средствами, такими как способ печати с термическим закреплением красителя (сублимационная технология печати с термопереносом) или способ цветной лазерной печати.

Нижеприведенные примеры должны разъяснить изобретение более подробно.

Примеры

Получение бумажной основы

Для получения бумажной основы применяли эвкалиптовую целлюлозу с содержанием волокнистого вещества мельче 200 мкм (после измельчения, степень помола 35-38° SR (Schoper regular, ШР)) 30 весовых процентов, в расчете на общее количество целлюлозы. Для измельчения размалывали целлюлозу как примерно 5%-ную водную суспензию (пульпу) с помощью дисковой мельницы для степени помола массы от 35 до 38° ШР. Концентрация целлюлозных волокон в тонкой суспензии составила 1 весовой процент, в расчете на суспензию целлюлозы. В тонкую суспензию внесли добавки, такие как димер алкилкетена в качестве нейтрального проклеивающего средства (AKD), полиамин-полиамид-эпихлоргидриновая смола в качестве средства для повышения прочности во влажном состоянии (Kymene^®) и природный СаСО₃ (Hydrocarb^® 60-BG).

Дальнейшие применимые бумажные основы согласно изобретению получаются с использованием в качестве наполнителя Hydrocarb^®90 МЕ и Hydrocarb^® НО МЕ по вышеописанному способу.

Тонкую суспензию, величина рН которой была отрегулирована до значения от около 7 до 7,8, нанесли напуском на сетку бумагоделательной машины, после чего был сформован лист при удалении воды из полотнища на сетчатой части конвейера бумагоделательной машины. В прессовальной части было произведено дальнейшее обезвоживание бумажного полотнища до влагосодержания от 58 до 72 весовых процентов, в расчете на вес полотнища. Дальнейшее высушивание выполняли в сушильной части бумагоделательной машины на нагретых сушильных цилиндрах. Дальнейшие подробности представлены в Таблице 1.

Получение покровной массы

На бумажную основу, имеющую вес единицы площади около 160 г/м² и влажность около 7%, нанесли следующие покровные массы, более подробно указанные в Таблице 2. Нанесение покрытия выполняли с помощью клеильного пресса.

В покровной массе использовали следующие связующие средства:

Крахмал I: C-Film 05731 (фирма Cerestar): Гидроксипропилированный кукурузный крахмал с вязкостью 600 мПа·с, измеренной при температуре 50°С при скорости вращения шпинделя № 2 100 об/мин в растворе с содержанием твердого вещества 25 весовых процентов.

Крахмал II: C-Film 07302 (фирма Cerestar): термически модифицированный крахмал с вязкостью 234 мПа·с, измеренной при температуре 50°С при скорости вращения шпинделя № 2 100 об/мин в растворе с содержанием твердого вещества 25 весовых процентов.

Пигменты, использованные в покровной массе, представляли собой:

СаСО₃ с 85% частиц пигмента размером <1 мкм (Covercarb^® 85-ME, фирма OMYA)

Каолин с 65% пигмента <1 мкм (Lithoprint^® EM, фирма OMYA)

Сравнительный пример

Для получения бумажной основы вместо эвкалиптовой целлюлозы использовали коротковолокнистую сульфатную целлюлозу, которая представляла собой смесь из различных сортов целлюлозы из древесины лиственных пород, таких как клен, береза, тополь и ясень (NBHK). Содержание волокнистого вещества мельче 200 мкм после измельчения составляло 60 весовых процентов, в расчете на массу целлюлозы. Бумажная основа была получена с наполнителем и без такового и также была покрыта пигментированным покровным слоем.

Прочие подробности приведены в Таблице 1.

Бумаги, полученные согласно Примерам от В1 до В5 и Сравнительным примерам от V1 до V3, были покрыты на передней стороне смесью полимеров из 71 весового процента полиэтилена низкой плотности (LDPE, 0,923 г/см³), 16 весовых процентов маточной смеси из TiO₂ (50 весовых процентов LDPE и 50 весовых процентов TiO₂) и 13 весовых процентов прочих добавок, таких как оптический отбеливатель, стеарат кальция и синий пигмент, при различных весах слоя на единицу площади (40 г/м², 30 г/м², 20 г/м²). Оборотную сторону бумаги покрыли не содержащей пигмента полимерной смесью из 40 весовых процентов полиэтилена низкой плотности (LDPE, d=0,923 г/м²) и 60 весовых процентов полиэтилена высокой плотности (HDPE, d=0,964 г/см³). Нанесение покрытия выполняли при скоростях экструдирования от 250 до 350 м/мин.

Испытание подложек, полученных согласно Примерам и Сравнительным примерам

Жесткость

Значения жесткости были определены с помощью анализатора жесткости при изгибе SCAN-P 29.69 согласно стандарту DIN 53121 на ленточном образце с шириной 38 мм, зажимной длине испытываемого образца 10 мм и с углом изгиба 15°. Значения приведены в единицах мН/10 мм.

Непрозрачность

Измерения были проведены с помощью измерительного прибора Zeiss-Elrepho согласно стандарту DIN 53146 на образцах размером 80×80 мм. Оценку проводили по отношению R_s/R₈100 (%). R_s означает диффузное отражение на черном фоне, и R₈означает диффузное отражение в стопе.

Сопротивление расслаиванию

Измерения выполняли с помощью анализатора сопротивления расслаиванию Internal Bond Impact Tester согласно инструкции TAPPI RC 308. Значения приведены в Дж/м².

Поверхность

Испытание служит для объективной оценки поверхностей бумаги с помощью системы обработки изображений и представляет собой средство внутреннего контроля. Испытания проводили на лентах шириной примерно 20 см, взятых по ширине рулона, который был кондиционирован в течение по меньшей мере 30 минут при температуре 23°С и 50%-ной относительной влажности воздуха. Оценку выполняли по шкале значений от 100 (отлично) до 1500 (плохо).

Реферат

Подложка предназначена для записи информации. Подложка включает бумажную основу, содержащую волокна целлюлозы из древесины лиственных пород с размером после измельчения мельче 200 мкм в количестве не более 45 вес.% и средней длиной волокон от 0,4 до 0,8 мм и наполнитель в количестве от 5 до 40 вес.%, в особенности от 10 до 25 вес.%, в расчете на массу целлюлозы. Подложка по меньшей мере содержит один полимерный слой, расположенный по меньшей мере на одной стороне бумажной основы. Между полимерным слоем и бумажной основой подложка содержит слой со связующим средством. Связующее средство представляет собой гидрофильный пленкообразующий полимер, выполненный из гидроксипропилированного крахмала и/или термически модифицированного крахмала. Данный слой может содержать пигмент, который представляет собой карбонат кальция, каолин, тальк, диоксид титана и/или сульфат бария. Техническим результатом является сокращение потери жесткости и получение чистосортных отходов производства. 26 з.п. ф-лы, 3 табл.

Формула