Патент на изобретение №2310028

(54) ЛИСТ, ШЕРОХОВАТЫЙ НА ОЩУПЬ

(57) Реферат:

Бумажный лист, имеющий поверхность, шероховатую на ощупь, и способ нанесения покрытия на бумажный лист относятся к целлюлозно-бумажной промышленности. Данный бумажный лист может быть использован для изготовления бумажного или пластикового носителя печатаемой информации, бумажной или пластиковой упаковки, обложки, предназначенной для брошюровочно-переплетных процессов, или картонной либо пластиковой коробки, имеющей поверхность, шероховатую на ощупь. По меньшей мере, на одной из сторон бумажного листа нанесено покрытие в виде слоя, содержащего несжимаемые микроскопические частицы, при этом частицы представляют собой зерна неклейстеризованного крахмала или их получают в результате измельчения пластика. Способ нанесения покрытия на бумажный лист включает обработку, по меньшей мере, одной стороны листа композицией на водной основе. Композиция содержит несжимаемые микроскопические частицы, которые являются объемными и имеют закругленную форму, связующее и наполнитель. Частицы представляют собой зерна неклейстеризованного крахмала или их получают в результате измельчения пластика. После обработки лист сушат. Техническим результатом является получение бумажного листа с коэффициентом шероховатости Kd менее 0,5. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к листу, шероховатому на ощупь.

Оно также относится к способу изготовления такого листа и к использованию этого листа.

Заявитель заинтересовался, в частности, получением листа, который, не являясь очень шероховатым или абразивным, все же имеет некоторую зернистость, которую можно ощутить лишь в результате прикосновения, а его поверхность при этом кажется невооруженному глазу совершенно гладкой.

Насколько известно заявителю, исследование некоторой шероховатости на ощупь остается неизведанной областью в бумажной промышленности, в производстве тонкопленочных пластиков, в области упаковки или в издательском деле в целом.

Такая ситуация возникла потому, что до сих пор исследования в вышеупомянутых областях преследовали противоположную цель – достижение мягкости листа или характеристик бархатистости.

Так, в патенте FR 2791368 заявитель защитил лист, который на ощупь таков, что обеспечивает конкретную характеристику содержимого возвратной упаковки и пригоден, в частности, для упаковки косметических изделий.

Задачей заявителя является разработка листа, который шероховат, но приятен на ощупь, то есть такого, за который не цепляется кожа прикасающегося.

Кроме того, листы должны быть выполнены с возможностью печати на них, иметь признаки белизны и быть выполнены с возможностью, например, манипулирования ими.

Заявитель провел поиск частиц, позволяющих достичь этих целей.

Заявитель обнаружил две широкие категории частиц:

те, в которых доминирует абразивная роль и которые в готовом виде имеют микроскопическую конфигурацию с углами и некое равномерное распределение на поверхности листа, такие как частицы глинозема или корунда; и

те, которые играют роль прокладок и элементов, стойких к абразивному истиранию, и которые в готовом виде имеют более скругленную микроскопическую конфигурацию и более объемную форму, такие как частицы крахмала.

Проводя исследования с целью достижения листом шероховатости на ощупь, заявитель уделил первостепенное внимание использованию частиц из последней упомянутой категории, чтобы уменьшить – насколько это возможно – зацепление кожи пальцев прикасающегося на листе с таким покрытием.

Обнаружено, что эффект шероховатости фактически зависит от нескольких причин:

размера частиц, присущего используемым частицам, то есть распределения их размеров;

формы используемых частиц;

количества осажденных частиц; и

распределения используемых частиц по листу.

Также обнаружено, что наиболее предпочтительные результаты получаются путем покрытия листа бумаги или пластика слоем частиц неклейстеризованного крахмала, предпочтительно – частиц картофельного крахмала.

Глядя в сканирующий электронный микроскоп, легко заметить, что зерна картофельного крахмала имеют почти сферическую или овальную форму, обладают средним значением распределения размеров, составляющим 28 микрометров, и состоят из крупных, но не очень многочисленных частиц.

Заявитель также смог показать, что не все типы крахмала позволяют получить “шероховатость” на ощупь, а в частности – что покрытие зернами кукурузного крахмала не дает желаемого ощущения шероховатости.

Объяснение этого явления основано на том, что частицы малы, их средний диаметр составляет менее 15 микрометров, а присущее этим частицам распределение размеров дифференцировано довольно незначительно.

Следовательно, зерна кукурузного крахмала распределяются в виде равномерного слоя, следующего рельефу листа, на который их наносят.

На основании этих различных анализов заявитель сделал ряд выводов, накладывающих ограничения на тип частиц, которые можно использовать.

Во-первых, частицы должны быть достаточно крупными, чтобы оказываться на одном уровне со слоем в соответствии с восприятием оператора, берущего бумагу.

Далее, частицы не должны быть очень “угольчатыми”, чтобы ощущение некоторой шероховатости создавалось, но было приятным.

В частности, для желаемой цели не подходят зерна кремнезема или корунда, такие как те, которые используются для изготовления абразивов, поскольку эти частицы имеют геометрию, полученную в результате дробления, которая чересчур “агрессивна”.

В предпочтительном варианте частицы будут иметь относительно сферическую и объемную геометрию, что также исключает возможность применения частиц хлопьевидной формы, например талька.

И, наконец, частицы не должны быть деформируемыми.

Таким образом, непригодными оказываются такие материалы, как резина или микросферы из деформируемых веществ ввиду их сжимаемой и упругой природы, что обуславливает получение листа, на ощупь липкого, но не шероховатого.

С этой точки зрения зерна некоторых крахмалов представляются обеспечивающими возможное решение в связи с их пригодностью для удовлетворения вышеупомянутым требованиям, а также ввиду их стоимости, их наличия в естественном состоянии, а также их пригодности к переработке для вторичного использования.

В частности, изобретение относится к листу, имеющему поверхность, шероховатую на ощупь, по меньшей мере, на одной из его сторон, причем упомянутый лист покрыт на одной или обеих сторонах слоем, содержащим несжимаемые микроскопические частицы, которые являются объемными и имеют закругленную форму.

В частности, изобретение отличается тем, что частицы имеют среднемассовый диаметр, который больше, чем 25 микрометров, и предпочтительно меньше, чем 200 микрометров.

В частности, изобретение отличается тем, что частицы имеют почти сферическую форму.

Частицы предпочтительно представляют собой зерна неклейстеризованного крахмала, в частности зерна картофельного крахмала.

В соответствии с одним конкретным случаем частицы также могут быть стеклянными микросферами или могут представлять собой измельченный пластик, а этот пластик предпочтительно представляет собой полиамид, сложный полиэфир, полиолефин или поливинилхлорид (ПВХ).

В частности, изобретение отличается тем, что распределение частиц по поверхности находится в диапазоне между 20 и 250 частиц на мм². Это распределение можно определить, в частности, посредством топологического анализа поверхности получаемого листа.

Масса получаемого листа предпочтительно будет находиться в диапазоне между 50 и 500 г/м².

В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления масса слоя на каждой покрытой стороне находится в диапазоне между 3 и 30 г/м² в пересчете на сухую массу, а предпочтительно – в диапазоне между 5 и 18 г/м² в пересчете на сухую массу.

В частности, изобретение отличается тем, что упомянутый слой содержит:

100 частей в пересчете на сухую массу упомянутых частиц;

от 5 до 300 частей, предпочтительно от 10 до 50 частей в пересчете на сухую массу связующего; и

от 0 до 500 частей в пересчете на сухую массу наполнителей.

В частности, связующее выбрано из бутадиенстирольных латексов, акриловых латексов, виниловых латексов, растворимых крахмалов, поливинилового спирта, белков, в частности казеина, желатина или соевого белка, нитроцеллюлозы, пластизоля, глицеринофталевых смол, эпоксидных смол, сложных полиэфиров.

В частности, наполнители выбраны из карбоната кальция, каолина, талька, диоксида титана, сульфата бария, осаждаемого или пирогенного кремнезема, пигментов пластиков.

В композиции покрытия также можно использовать другие ингредиенты, такие как воски, модификаторы реологии, противовспенивающие присадки, вещества, повышающие смачивающую способность, бактерициды или фунгициды и т.д.

Эти ингредиенты не будут изменять структуру поверхности материала, а значит и получаемый тактильный эффект.

В соответствии с последним конкретным вариантом осуществления лист обладает коэффициентом динамического трения, измеренным в соответствии со стандартом NF Q 03-082 на промокательную бумагу и составляющим менее 0,5.

Изобретение также относится к способу нанесения покрытия на лист.

В соответствии с одним конкретным вариантом способ нанесения покрытия на лист отличается тем, что включает в себя следующие этапы, на которых:

а) обрабатывают, по меньшей мере, одну сторону листа композицией в водной среде, содержащей:

100 частей несжимаемых микроскопических частиц, которые являются объемными и имеют закругленную форму;

от 5 до 200 частей, предпочтительно от 10 до 50 частей в пересчете на сухую массу связующего;

от 0 до 500 частей в пересчете на сухую массу наполнителей;

б) сушат полученный лист.

В соответствии с одним конкретным случаем способа этап а) проводят с использованием устройства для нанесения покрытия, выбранного из устройств для валкового нанесения покрытий, которые относятся к гелиоцентрическому или реверсивно-валковому типу и соответствуют устройствам для реверсивно-валкового нанесения покрытий, устройств для мелования бумаги со скользящими шаберами, устройств для нанесения покрытий с воздушными шаберами, прессов для склеивания посредством транспортировки пленок, устройств для нанесения покрытий поливом.

В соответствии с другим конкретным случаем этап а) проводят с использованием напыляющего устройства.

В соответствии с еще одним вариантом способ нанесения покрытия на лист отличается тем, что включает в себя следующие этапы, на которых:

а) покрывают, по меньшей мере, одну сторону листа лаком, содержащим:

100 частей несжимаемых микроскопических частиц, которые являются объемными и имеют закругленную форму;

от 5 до 200 частей, предпочтительно от 10 до 50 частей в пересчете на сухую массу связующего;

от 0 до 500 частей в пересчете на сухую массу наполнителей;

б) сушат полученный лист.

Изобретение также относится к использованию листа, описанного выше, для изготовления бумажного или пластикового носителя печатаемой информации, бумажной или пластиковой упаковки, обложки, предназначенной для брошюровочно-переплетных процессов, или картонной либо пластиковой коробки.

Ниже приводится пояснение настоящего изобретения на примерах, сопровождаемое ссылками на соответствующие чертежи.

На фиг.1А и 1В показаны полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа микрофотографии листа бумаги, покрытого зернами картофельного крахмала, с увеличением в 50 раз и в 750 раз соответственно.

На фиг.1С показан тот же самый лист, но рассматриваемый в сечении с увеличением в 1000 раз.

На фиг.2А и 2В показан лист бумаги, покрытый зернами кукурузного крахмала, с увеличением в 50 раз и в 750 раз соответственно.

На фиг.2С показан тот же самый лист, но рассматриваемый в сечении с увеличением в 1000 раз.

На фиг.3А и 3В показан лист бумаги, покрытый зернами картофельного крахмала и карбонатом кальция в качестве наполнителя, с увеличением в 50 раз и в 750 раз соответственно.

На фиг.3С показан тот же самый лист, но рассматриваемый в сечении с увеличением в 1000 раз.

На фиг.4А и 4В показан лист бумаги, покрытый частицами кремнезема, с увеличением в 50 раз и в 750 раз соответственно.

На фиг.4С показан тот же самый лист, но рассматриваемый в сечении с увеличением в 1000 раз.

На фиг.5 показан лист бумаги, покрытый микросферами из деформируемого пластика типа EXPANCEL 820®, поставляемого фирмой Expancel, с увеличением в 500 раз.

На фиг.6 показан лист бумаги, покрытый стеклянными микросферами, с увеличением в 500 раз.

На фиг.7 показан лист бумаги, покрытый частицами глинозема, с увеличением в 500 раз.

На фиг.8 показан лист бумаги, покрытый зернами пшеничного крахмала, с увеличением в 500 раз.

Как видно из вышеизложенного, покрывая бумагу частицами картофельного крахмала, заявитель успешно достиг искомой приятной на ощупь шероховатости, тогда как с помощью зерен кукурузного крахмала этого результата достичь не удалось.

Путем соответственного сравнения фиг.1А, 1В и 2А, 2В, соответствующих двум вышеупомянутым типам крахмала, выявляется, что распределение, форма и размер зерен позволяют объяснить это различие.

В случае картофельного крахмала этот крахмал имеет некое неравномерное распределение по листу, при этом малые зерна либо агрегируются вокруг более крупных зерен, либо осаждаются на листе по отдельности произвольным образом.

Однако в случае кукурузного крахмала это распределение по листу является полностью равномерным, при этом зерна обладают относительно одинаковыми размерами и образуют на бумаге тонкий мелкозернистый слой.

Сравнение фиг.1С и 2С показывает, что будет ощущать палец оператора, берущего бумагу, перемещаясь по поверхности покрытой бумаги.

В первом случае палец оператора будет часто переходить от впадины к выступу, при этом высота, разделяющая их, составляет, по меньшей мере, 25 микрометров.

Во втором случае палец будет переходить от одного пика зерен к другому пику зерен, причем расстояние, разделяющее их, составляет не более 10 микрометров.

Если оно будет менее примерно десяти микрометров, то оператору, берущему бумагу, трудно будет воспринять зернистость поверхности и ощутить какую-либо шероховатость.

Заявитель также смог наблюдать усиленное ощущение шероховатости за счет добавления наполнителей, особенно карбоната кальция.

Фиг.3А, 3В и 3С недвусмысленно иллюстрируют этот аспект изобретения, поскольку на них можно заметить, что имеется неизменное распределение зерен картофельного крахмала, но внешний вид самих этих зерен оказывается совершенно разным.

Фактически, карбонат кальция, частицы которого имеют размер, близкий к одному микрометру, покрывают поверхность зерен крахмала, которые вследствие этого утрачивают гладкость своей поверхности и становятся более “цепляющими” при касании.

Фиг.4А, 4В и 4С представляют другой случай, преднамеренно включенный заявителем в рассмотрение, т.е. случай бумаги, покрытой частицами кремнезема, конфигурация которых имеет углы.

В частности, на фиг.4С показан очень “угольчатый” и неравномерный характер частиц кремнезема, что несовместимо с приятной на ощупь шероховатостью.

Хотя полученный лист все же имеет низкую степень шероховатости, это качество он приобретает лишь за счет малой доли частиц кремнезема, добавленных в него, и созданного таким образом низкого рельефа.

Однако это ощущение не соответствует приятной на ощупь шероховатости, которой пытался достичь заявитель.

В этой связи отметим, что на фиг.5 показана поверхность листа, покрытого микросферами из деформируемого пластика типа EXPANCEL.

Проверка показывает, что такие частицы являются в большинстве своем малыми и сферическими.

Поскольку крупных частиц мало и они являются относительно мягкими, искомый эффект шероховатости не достигается.

В отличие от этого на фиг.6 показана поверхность листа, покрытого стеклянными микросферами.

Даже несмотря на то, что распределение и форма микросфер на листе обладают некоторым сходством с предыдущим случаем, получаемое ощущение оказывается совершенно другим вследствие твердости, присущей стеклу.

Это ощущение действительно является ощущением шероховатости, а не липкости, как в предыдущем случае.

Фиг.7 и 8 подтверждают тот факт, что приятную на ощупь шероховатость нельзя получить с использованием глинозема или пшеничного крахмала.

Так происходит потому, что в одном случае излишне “угольчатые” частицы глинозема дают излишне раздражающую поверхность, неприятную на ощупь.

В другом случае пшеничный крахмал дает поверхность, аналогичную той, которую получают с помощью кукурузного крахмала; следовательно, ее шероховатый характер практически не будет ощущаться.

Ниже описаны примеры композиций покрытия, соответствующих настоящему изобретению.

Пример 1

Композицию покрытия, содержащую зерна картофельного крахмала, в количестве 10,7 г/м² наносили на одну сторону листа бумажного носителя с использованием лабораторного пресса для склеивания.

Обработанный таким образом лист сушили при температуре примерно 150°С.

Композицию, содержащую зерна крахмала, получали в водной среде, и эта композиция содержала в пересчете на сухую массу:

100 частей картофельного крахмала HICAT 110, поставляемого фирмой Roquette;

32 части латекса ACRONAL S 305 D, поставляемого фирмой BASF;

4,8 части стабилизатора рН марки АМР 90, поставляемого фирмой Angus Chemie GmbH, и

6,7 частей сгущающего вещества STEROCOLL D, поставляемого фирмой BASF.

Был получен лист, показанный на фиг.1А, 1В, 1С.

Пример 2

Композицию покрытия, содержащую зерна картофельного крахмала и карбонат кальция в качестве наполнителя, в количестве 22,5 г/м² наносили на одну сторону листа бумажного носителя с использованием лабораторного пресса для склеивания.

Обработанный таким образом лист сушили при температуре примерно 150°С.

Композицию, содержащую зерна крахмала и карбонат кальция, получали в водной среде, и эта композиция содержала в пересчете на сухую массу:

100 частей картофельного крахмала HICAT 110, поставляемого фирмой Roquette;

60 частей карбоната кальция марки HYDROCARB 90, поставляемого фирмой OMYA;

32 части латекса ACRONAL S 305 D, поставляемого фирмой BASF;

4,8 части стабилизатора рН марки АМР 90, поставляемого фирмой Angus Chemie GmbH, и

6,7 частей сгущающего вещества STEROCOLL D, поставляемого фирмой BASF.

Был получен лист, показанный на фиг.2А, 2В, 2С.

Пример 3

Композицию покрытия, содержащую стеклянные микросферы, в количестве 47 г/м² наносили на одну сторону листа бумажного носителя с использованием лабораторного пресса для склеивания.

Композицию, содержащую стеклянные микросферы, получали в водной среде, и эта композиция содержала в пересчете на сухую массу:

100 частей стеклянных микросфер в виде материала MICROPERL 050-20-215, поставляемого фирмой 3М;

20 частей латекса ACRONAL S 360 D, поставляемого фирмой BASF, и

2,4 части сгущающего вещества BLANOSE, поставляемого фирмой Aqualon.

Был получен лист, показанный на фиг.6.

Заявитель также постарался охарактеризовать приятно шероховатую готовую поверхность получаемых листов иначе, чем случайно получаемым тактильным ощущением оператора, берущего бумагу, а именно – способом, который подходит для оценки столь субъективной характеристики.

Что касается конкретного и однозначного количественного значения, то заявитель измерял коэффициент динамического трения в соответствии с французским стандартом NF Q 03-082.

Этот стандарт, основанный на измерении тягового усилия, необходимого для инициирования и последующего поддержания движения одной поверхности по другой, можно применять для оценки листа материала, характеристики которого измеряют при скольжении по другому (эталонному) материалу.

Поэтому, проводя испытания, заявитель выбрал в качестве эталонного материала промокательную бумагу, имеющую массу примерно 275 г/м² и соответствующую требованиям стандарта ISO 5269-1, изложенным в его разделе 4.4.

В таблице приведены результаты измерений, проведенных над различными композициями при изменении вводимых частиц.

На основании этих результатов уже можно считать, что коэффициент динамического трения тем выше, чем более шероховатой является получаемая бумага.

Фактически можно заметить, что приятная на ощупь шероховатость, искомая заявителем, соответствует коэффициенту Kd менее 0,5.

Следовательно, можно исключить такие частицы, как термически деформируемые микросферы из материала типа EXPANCEL, частицы глинозема, зерна пшеничного крахмала или порошкообразную резину.

Это подтверждает замечания, сделанные выше.

Формула изобретения

1. Бумажный лист, имеющий поверхность, шероховатую на ощупь, по меньшей мере, на одной из его сторон, имеющий, по меньшей мере, одну сторону с нанесенным покрытием в виде слоя, содержащего несжимаемые микроскопические частицы, которые являются объемными и имеют закругленную форму, в котором частицы представляют собой зерна неклейстеризованного крахмала или их получают в результате измельчения пластика.

2. Бумажный лист по п.1, в котором зерна крахмала представляют собой зерна картофельного крахмала.

3. Бумажный лист по п.1, в котором частицы имеют среднемассовый диаметр, который больше 25 мкм и меньше 200 мкм.

4. Бумажный лист по п.1, в котором частицы имеют почти сферическую форму.

5. Бумажный лист по п.1, в котором распределение частиц по поверхности находится в диапазоне между 20 и 250 частиц на мм².

6. Бумажный лист по п.1, в котором лист имеет массу в диапазоне между 50 и 500 г/м².

7. Бумажный лист по п.1, в котором масса слоя на каждой покрытой стороне находится в диапазоне между 3 и 30 г/м² в пересчете на сухую массу.

8. Бумажный лист по п.1, в котором масса слоя на каждой покрытой стороне находится в диапазоне между 5 и 18 г/м² в пересчете на сухую массу.

9. Бумажный лист по п.1, в котором его коэффициент динамического трения, измеренный в соответствии со стандартом NF Q 03-082 на промокательную бумагу, составляет менее 0,5.

10. Бумажный лист по п.1, в котором слой содержит 100 ч. в пересчете на сухую массу упомянутых частиц; от 5 до 300 ч. в пересчете на сухую массу связующего; от 0 до 500 ч. в пересчете на сухую массу наполнителей.

11. Бумажный лист по п.10, в котором связующее выбрано из бутадиенстирольных латексов, акриловых латексов, виниловых латексов, растворимых крахмалов, поливинилового спирта, белков, в частности казеина, желатина или соевого белка, нитроцеллюлозы, пластизоля, глицеринофталевых смол, эпоксидных смол, сложных полиэфиров.

12. Бумажный лист по п.10, в котором наполнители выбраны из карбоната кальция, каолина, талька, диоксида титана, сульфата бария, осаждаемого или пирогенного кремнезема, пластичных пигментов.

13. Способ нанесения покрытия на бумажный лист, имеющий поверхность, шероховатую на ощупь по п.1, отличающийся тем, что он включает в себя следующие этапы, на которых а) обрабатывают, по меньшей мере, одну сторону листа композицией в водной среде, содержащей 100 ч. несжимаемых микроскопических частиц, которые являются объемными и имеют закругленную форму, причем частицы представляют собой зерна неклейстеризованного крахмала или их получают в результате измельчения пластика; от 5 до 200 ч. в пересчете на сухую массу связующего; от 0 до 500 ч. в пересчете на сухую массу наполнителей; б) сушат таким образом полученный лист.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что этап а) проводят с использованием устройства для нанесения покрытия, выбранного из устройств для валкового нанесения покрытий, которые относятся к гелиоцентрическому или реверсивно-валковому типу, устройств для мелования бумаги со скользящими шаберами, устройств для нанесения покрытий с воздушными шаберами, прессов для склеивания посредством транспортировки пленок, устройств для нанесения покрытий поливом.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что этап а) проводят с использованием напыляющего устройства.

16. Способ по п.13, отличающийся тем, что включает в себя следующие этапы, на которых а) покрывают, по меньшей мере, одну сторону листа лаком, содержащим 100 ч. несжимаемых микроскопических частиц, которые являются объемными и имеют закругленную форму; от 5 до 200 ч. в пересчете на сухую массу связующего; от 0 до 500 ч. в пересчете на сухую массу наполнителей; б) сушат таким образом полученный лист.

17. Использование бумажного листа по п.1 для изготовления бумажного или пластикового носителя печатаемой информации, бумажной или пластиковой упаковки, обложки, предназначенной для брошюровочно-переплетных процессов, или картонной либо пластиковой коробки, имеющей поверхность, шероховатую на ощупь.

РИСУНКИ