CN101137790A - 含有可膨胀微球和离子化合物的组合物及其制造和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含有可膨胀微球和至少一种离子化合物的组合物，其在离子强度为10－6M－0.1M，pH约为9.0或更小时的ζ电势为大于或等于0mV，本发明还涉及制备和使用该组合物的方法。

Description

含有可膨胀微球和离子化合物的组合物及其制造和使用方法
本申请要求2005年3月11日提交的申请号为60/660,703、名为“含有可膨胀微球和离子化合物的组合物及其制造和使用方法”的美国临时申请的权益，其全部内容通过引用结合在此。
技术领域
本发明涉及含有可膨胀微球和至少一种离子化合物的组合物以及制造和使用该组合物的方法，该组合物在离子强度为10-6M-0.1M、pH约为9.0或更小时的ζ电势为大于或等于0mV。
背景技术
纸基材中存在的昂贵的纤维素纤维的量部分地决定了基材的密度。因此，大量昂贵的纤维素纤维存在于纸基材中使得在高成本下制备出密度更高的基材，而低含量的纤维素纤维存在于纸基材中使得在低成本下制备出密度较低的基材。减小涂布和/或未涂布的纸品、板和/或基材的密度不可避免地导致其制造成本降低。在所有纸基材生产及其使用中都如此。对于例如用于信封、折叠纸盒，以及其它包装、应用中尤其如此。用于诸如信封和包装应用中的基材具有特定的厚度或卡规厚度(caliper)。
通过在目标卡尺上减小纸基材的密度，达到目标卡规纸厚就需要较少的纤维素纤维。除了生产成本降低，当纸基材密度减小时还实现了生产效率的提高。这种生产效率的提高，部分地是由于在生产期间纸基材的干燥要求(例如时间、人力、资金等)的降低。
降低原纸基材密度的实例包括使用：
1)在纸板层的中间具有松散纤维如BCTMP和其它机械纤维的多层机器；
2)在脱水期间用来减小致密程度的延伸压区的挤压部；以及
3)可选的压光技术，例如热软压光、热钢压光、蒸汽加湿、鞋状压区压光等。
但是，这些可能的解决方案需要大量的资金和成本。因此，在经济上它们是不可行的。
另外，即使上述高成本地减小密度的方法能够实现，并由此可以制备具有目标卡规厚度的纸基材，也只有当这些方法导致平滑可接受和表面可压缩的纸基材时，所述基材才是有用的。目前，基本上没有潜在的低成本解决方案以减小具有可接受的平滑度和可压缩性的纸基材密度，从而使所述基材的印刷墨斑显著减少，并且平滑度可接受。
低密度涂布和未涂布的纸品、板和/或基材从美学和经济的观点来看都是需要的。但是，目前的方法生产的基材具有不良的打印质量和/或可印刷性能。另外，用传统方法难以得到可接受的平滑度。
一种方法是在较低成本下通过在纸基材中使用可膨胀微球来解决上述问题。这些方法部分地可以在下面的美国专利中找到：US 6,846,529、6,802,938、5,856,389和5,342,649，以及公布的专利申请：20040065424、20040052989和20010038893，其全部内容通过引用结合在此。
但是，在造纸过程中应用这种微球时，发现这种微球在所得的纸基材中具有相对较低的保持力。因此，所述可膨胀微球从白纸脱落，向所得的纸基材中引入可膨胀微球的效率低，因此在上述多种高成本解决方案之外，这种方法又提供了另外的高成本方案。
因此，仍需要一种不太昂贵且效率更高的方案来减小密度、增大松厚度(bulk)，并保持良好的性能特性，如纸基材中的平滑度和印刷墨斑。
发明内容
本发明的一个方面是含有至少一种可膨胀微球和至少一种离子化合物的组合物。在一个实施方案中，所述组合物在离子强度为10-6M-0.1M、pH约为9.0或更小时的ζ电势为大于或等于0mV。在另一个实施方案中，所述离子化合物是选自以下组中的至少一种化合物：有机和无机离子化合物。在另一个实施方案中，所述离子化合物是至少一种聚有机化合物。在另一个实施方案中，所述离子化合物是至少一种聚胺化合物。在另一个实施方案中，所述离子化合物是交联的、支化的、或其组合。在另一个实施方案中，所述离子化合物是至少一种聚乙烯亚胺化合物。在另一个实施方案中，所述离子化合物的重均分子量为至少600的重均分子量。另外的实施方案涉及制造和使用所述组合物的方法。
在另一个方面，本发明涉及含有至少一种可膨胀微球和至少一种离子化合物的组合物。在一个实施方案中，所述组合物在离子强度为10-6M-0.1M、pH约为9.0或更小时的ζ电势为大于或等于0mV。在另一个实施方案中，所述离子化合物是选自以下组中的至少一种化合物：有机和无机离子化合物。在另一个实施方案中，所述离子化合物是阳离子的。在另一个实施方案中，所述离子化合物是选自以下组中的至少一种组分：氧化铝和二氧化硅。在另一个实施方案中，所述离子化合物是胶体和/或溶胶，其包含选自以下组中的至少一种组分：二氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化锆、氧化锑、氧化铁，和稀土金属氧化物。另外的实施方案涉及制造和使用所述组合物的方法。
在另一个方面，本发明涉及含有至少一种可膨胀微球和至少一种离子化合物的颗粒。在一个实施方案中，所述组合物在离子强度为10-6M-0.1M、pH约为9.0或更小时的ζ电势为大于或等于0mV。在另一个实施方案中，所述至少一种可膨胀微球的外表面与离子化合物结合。在另一个实施方案中，所述至少一种可膨胀微球的外表面与离子化合物非共价结合。在另一个实施方案中，所述至少一种可膨胀微球的外表面是阴离子的。在另一个实施方案中，所述离子化合物是阳离子的。在另一个实施方案中，所述离子化合物是选自以下组中的至少一种化合物：有机和无机离子化合物。在另一个实施方案中，所述离子化合物是至少一种聚有机化合物。在另一个实施方案中，所述离子化合物是至少一种聚胺化合物。在另一个实施方案中，所述离子化合物是交联的、支化的、或其组合。在另一个实施方案中，所述离子化合物是至少一种聚乙烯亚胺化合物。在另一个实施方案中，所述离子化合物的重均分子量为至少600的重均分子量。另外的实施方案涉及制造和使用所述组合物的方法。
在另一个方面，本发明涉及含有至少一种可膨胀微球和至少一种离子化合物的颗粒。在一个实施方案中，所述组合物在离子强度为10-6M-0.1M、pH约为9.0或更小时的ζ电势为大于或等于0mV。在另一个实施方案中，所述至少一种可膨胀微球的外表面与离子化合物结合。在另一个实施方案中，所述至少一种可膨胀微球的外表面与离子化合物非共价结合。在另一个实施方案中，所述至少一种可膨胀微球的外表面是阴离子的。在另一个实施方案中，所述离子化合物是阳离子的。在另一个实施方案中，所述离子化合物是选自以下组中的至少一种化合物：有机和无机离子化合物。在另一个实施方案中，所述离子化合物是阳离子的。在另一个实施方案中，所述离子化合物是选自以下组中的至少一种组分：氧化铝和二氧化硅。在另一个实施方案中，所述离子化合物是胶体和/或溶胶，其包含选自以下组中的至少一种组分：二氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化锆、氧化锑、氧化铁，和稀土金属氧化物。另外的实施方案涉及制造和使用所述组合物的方法。
在另一个方面，本发明涉及制造所述组合物的方法：使所述至少一种可膨胀微球与所述至少一种离子化合物接触，以形成混合物。在另一个实施方案中，所述混合物可以再进行离心分离，以形成包含至少一种离子化合物的第一相和包含本发明的颗粒的第二相。
在另一个方面，本发明涉及通过将至少一种离子化合物吸附到至少一种可膨胀微球上来制造所述组合物的方法。
在另一个方面，本发明涉及含有涂布和/或未涂布的纸和/或纸基材，其是由/通过本发明的任何上述和/或下述方面制造的。因此，在一个实施方案中，本发明的所述组合物可以含有多种纤维素纤维。
在另一个方面，本发明涉及由这里所述的涂布和/或未涂布的纸和/或纸板基材制备的制品和包装物。
在另一个方面，本发明涉及含有0.1-5重量％的许多可膨胀微球的基材、制品和/或包装物；其中所述基材、制品和/或包装物用TAPPI测试方法T538 om-1测得的Sheffield平滑度小于250 SU，并且扫描第二青色印刷墨斑不大于6。在本发明的一个实施方案中，所述基材、制品和/或包装物可以被压光。在本发明的另一个实施方案中，所述可膨微球与离子化合物结合。在另一个实施方案中，所述基材、制品和/或包装物含有0.1-3重量％的许多可膨胀微球。在另一个实施方案中，所述基材、制品和/或包装物含有0.1-2重量％的许多可膨胀微球。在本发明的另一个实施方案中，所述基材、制品和/或包装物包括至少一个涂层。在本发明的另一个实施方案中，所述涂层由至少一个表涂层和至少一个底涂层组成。在另一个实施方案中，所述基材、制品和/或包装物压光后用TAPPI测试方法T538 om-1测得的Sheffield平滑度小于250 SU，并且扫描第二青色印刷墨斑不大于6。在另一个实施方案中，所述基材、制品和/或包装物用TAPPI测试方法T555 om-99测得的Parker印刷表面平滑度为1.0-0.5。
在另一个方面，本发明涉及含有至少一个纸或纸板基材的制品或包装物，其中至少一个基材含有纤维素纤维网和膨胀剂。在一个实施方案中，所述制品的重量等于或小于1盎司。在另一个实施方案中，所述制品的重量与1盎司的差的绝对值大于具有相同层数的传统包装物的重量与1盎司的差的绝对值。
下面详细描述所有上述方面和实施方案，包括其制造和使用方面。
附图说明
图1：涂布纸基材的印刷墨斑与基材中可膨胀微球的量的曲线图。
图2：微球上吸附离子化合物(例如PEI)之前和之后的粒径分布曲线。
图3：在不同混合时间和不同离子化合物与可膨胀微球重量比的条件下，低和高分子量离子化合物(例如PEI)结合到可膨胀微球(即X-100)上所形成颗粒的ζ电势的曲线。
图4：Britt Jar分析和发泡剂(即异丁烷)测量结果与离子化合物(低和高分子量离子化合物(例如PEI))与可膨胀微球的重量比和混合时间的关系曲线图。
图5：含有本发明的组合物和/或颗粒的纸基材的密度减小与离子化合物(低和高分子量离子化合物(例如PEI))与可膨胀微球重量比和混合时间的关系曲线图。
具体实施方式
本发明人现已发现了一种成本较低且效率更高的方案来减小密度、增大松厚度，并保持良好性能特性(例如纸基材内的平滑度和印刷墨斑)。
本发明可以在任何传统纸或纸基材制造方法中实施。其实例可以在教科书例如Angus Wilde Publications的G.A.Smook的″Handbook for pulpand paper technologists″(1992)中找到，其全部内容通过引用结合在此。
因此，本发明的一个实施方案是含有可膨胀微球的纸或纸基材。
可膨胀微球的量可以变化，并取决于所述基材、或最后纸或纸板产品的总重量。基于所述基材的总重量，所述纸基材可以含有大于0.001重量％、更优选地大于0.02重量％、最优选大于0.1重量％的可膨胀微球。另外，基于所述基材的总重量，所述纸基材还可以含有小于20重量％、更优选地小于10重量％、最优选小于5％的可膨胀微球。可膨胀微球的量可以是基于所述基材的总重量的0.001、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0、12.0、13.0、14.0、15.0、16.0、17.0、18.0、19.0和20.0重量％，并包括其中任何数值及所有的范围和子范围。
可膨胀微球可以含有在内部形成空洞的可膨胀外壳。所述可膨胀外壳可以包含碳和/或杂原子。含有碳和/或杂原子的化合物的实例可以是有机聚合物和/或共聚物。所述聚合物和/或共聚物可以是支化和/或交联的。
可膨胀微球优选为含有可热激活膨胀剂的热可膨胀热塑性聚合空心球。可膨胀微球的组成、其含量、制造方法、以及使用的实例可以在US3,615,972、3,864,181、4,006,273、4,044,176和6,617,364中找到，其全部内容通过引用结合在此。另外还可以参考公布的美国专利申请20010044477、20030008931、20030008932以及20040157057，其全部内容通过引用结合在此。这种可膨胀微球，例如，可以从聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸烷基酯、聚苯乙烯或聚氯乙烯制得。
尽管本发明的可膨胀微球可以含有任何聚合物和/或共聚物，所述聚合物的Tg或玻璃化转变温度优选在-150-180℃，更优选在50-150℃，最优选在75-125℃。Tg可以是-150、-140、-130、-120、-110、-100、-90、-80、-70、-60、-50、-40、-30、-20、-10、0、10、20、30、40、50、60、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、140、150、160、170和180℃，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
微球还可以含有至少一种发泡剂，在施加一定量的热能时，其可以以引起微球膨胀的方式在微球的内壁提供内压。发泡剂可以是液体和/或气体。另外，发泡剂的实例可以选自低沸点分子和其组合物。这种发泡剂可以选自低级链烷烃，例如新戊烷、新己烷、己烷、丙烷、丁烷、戊烷和混合物以及它们的异构体。异丁烷是聚偏二氯乙烯微球的优选发泡剂。合适的涂布未膨胀和膨胀的微球公开在US 4,722,943和US 4,829，094中，其全部内容通过引用结合在此。
本发明的可膨胀微球在膨胀状态下的平均直径为0.5-200微米，优选2-100微米，最优选5-40微米的范围。平均直径可以是0.5、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190和200微米，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
另外，本发明的可膨胀微球可以具有1-15倍，优选为1.5-10倍的最大膨胀率，最优选为平均直径的2-5倍。最大膨胀率可以为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14和15，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
所述可膨胀微球可以带负电或正电。另外，所述可膨胀微球可以是中性的。此外，所述可膨胀微球可以被引入本发明的组合物和/或颗粒中，在离子强度为10-6M-0.1M、pH约为9.0或更小时，本发明的组合物和/或颗粒的ζ电势为大于或等于0mV。
本发明的一个实施方案是含有可膨胀微球的组合物或颗粒。
在本发明的组合物或颗粒中，所述可膨胀微球可以是中性、带负电或正电，优选带负电。
另外，本发明的组合物和/或颗粒可以含有与上文或下文中公开的物理特性相同的可膨胀微球，并且可以以与上文和下文中相同的方式和相同的量被引入根据本发明的纸基材中。
本发明的另一个实施方案是含有至少一种可膨胀微球和至少一种离子化合物的组合物和/或颗粒。所述可膨胀微球可以带正电、中性和/或带负电。另外，所述离子化合物可以带正电和/或负电。优选地，所述离子化合物带有与所述可膨胀微球净电荷相反的净电荷。例如，如果可膨胀微球的净电荷是负电，那么所述离子化合物的净电荷可以为任何净电荷，但优选为净的正电荷。
在优选的实施方案中，当本发明的组合物和/或颗粒含有可膨胀微球和至少一种离子化合物时，本发明的组合物和/或颗粒在离子强度为10-6M-0.1M、pH约为9.0或更小时的ζ电势为大于或等于0mV。优选地，在离子强度为10-6M-0.1M、pH约为9.0或更小时，使用在分析和物理领域已知的测量ζ电势的标准和传统方法，优选在室温下使用微量电泳的方法，所述净ζ电势为大于等于0到+500、优选大于等于0到+200、更优选大于等于0到+150、最优选从+20到+130mV。
本发明的组合物和/或颗粒的净ζ电势为0、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、140、150、160、170、180、190、200、225、250、300、350、400、450和500mV，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
当测量本发明的组合物和/或颗粒的净ζ电势时，优选地，这种电势通过分析和物理领域已知的测量ζ电势的标准和传统方法，优选在室温下使用微量电泳的方法，在离子强度为10-6M-0.1M、pH值为任意值、优选为约9.0或更小、更优选为约8.0或更小、最优选为约7.0或更小下测量。pH可以为或约为9.0、8.5、8.0、7.5、7.0、6.5、6.0、5.5、5.0、4.5、4.0、3.5、3.0、2.5、2.0、1.5、1.0和0.5，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
当测量本发明的组合物和/或颗粒的净ζ电势时，优选地，这种电势通过分析和物理领域已知的测量ζ电势的标准和传统方法，优选在室温下使用微量电泳的方法，在pH值为约9.0或更小，更优选为约8.0或更小，最优选为约7.0或更小时，在离子强度为任意值、优选10-6M-0.1M时测量。所述离子强度可以为10-6、10-5、10-4、10-3、10-2和10-1M，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
所述离子化合物可以是阴离子的和/或阳离子的，当所述膨胀微球为阴离子的时，离子化合物优选为阳离子的。另外，所述离子化合物可以是有机化合物、无机化合物和/或两者的混合物。此外，所述离子化合物可以是浆料和/或胶体形式的。最后，所述离子化合物的粒径可以是1nm-1mm，优选2nm-400nm。所述离子化合物的粒径可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、175、200、225、250、275、300、325、350、375、400、450、500、600、700、800、900和1000nm，其中1000nm等于1mm，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
所述离子化合物可以是任何下面提到的和/或造纸工业中公知的任选物质和传统添加剂。更优选地，所述离子化合物可以是下面提到的助留剂中的任何一种或组合。
本发明的组合物和/或颗粒中离子化合物与可膨胀微球的重量比为1∶500-500∶1，优选1∶50-50∶1，更优选1∶10-10∶1，只要所述组合物和/或颗粒在离子强度为10-6M-0.1M、pH约为9.0或更小时的净ζ电势为大于或等于0mV。离子化合物/可膨胀微球重量比可以是1∶500、1∶400、1∶300、1∶200、1∶100、1∶50、1∶40、1∶30、1∶20、1∶10、1∶5、1∶1、5∶1、10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、100∶1、200∶1、300∶1、400∶1和500∶1，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
所述离子化合物可以是无机化合物。所述无机离子化合物的实例可以不限制性地把包括二氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化锆、氧化锑、氧化铁和稀土金属氧化物。与所述可膨胀微球接触时，所述无机物可以优选以浆料和/或胶体和/或溶胶的形式，并且粒径在1nm-1mm的范围内，优选2nm-400mm。当所述无机离子化合物的形式为胶体和/或溶胶时，优选离子化合物包括二氧化硅和/或氧化铝。
所述离子化合物可以是有机化合物。所述离子有机化合物的实例可以是含碳化合物。另外，所述离子有机化合物可以含有杂原子，例如氮、氧和/或卤素。此外，所述离子有机化合物可以含有含杂原子的官能团，例如羟基、胺基、酰胺基、羰基、羧基等基团。此外，所述离子有机化合物可以含有多于一个的正电荷、负电荷、或它们的混合。所述离子有机化合物可以是聚合物和/或共聚物，其还可以是环状、支化和/或交联的。当所述离子有机化合物是聚合物和/或共聚物时，优选所述化合物的重均分子量为600-5,000,000、更优选为1000-2,000,000，最优选20,000-800,000的重均分子量。所述离子化合物的重均分子量为600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、7500、10,000、15,000、20,000、25,000、30,000、40,000、50,000、60,000、70,000、80,000、90,000、100,000、200,000、300,000,400,000、500,000、600,000、700,000、800,000、900,000、1,000,000、1,250,000、1,500,000、1,750,000、2,000,000、3,000,000、4,000,000和5,000,000，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
优选地，所述离子有机化合物可以是含胺化合物。更优选地，所述离子有机化合物可以为聚胺。实例不限制性地包括聚(DADMAC)、聚乙烯胺和/或聚乙烯亚胺。
本发明的组合物和/或颗粒可以含有至少一种可膨胀微球和至少一种离子化合物。所述可膨胀微球和所述离子化合物可以彼此接触。例如，所述离子化合物与可膨胀微球的内和/或外表面接触。优选地，所述离子化合物与可膨胀微球的外表面接触。这种接触可包括但不限于所述可膨胀微球用所述离子化合物被涂布和/或浸渍的情况。尽管不希望受理论的束缚，所述离子化合物通过共价键和/或非共价力、优选非共价力与可膨胀微球的外表面结合，以在上面形成具有内部可膨胀微球和外部离子化合物层的颗粒。但是，可膨胀微球层的外表面部分可以不完全被所述外部离子化合物层覆盖，而可膨胀微球外表面的其它部分实际上被外部离子化合物层完全覆盖。这可以导致使所述可膨胀微球外表面的某些部分暴露在外。此外，所述可膨胀微球的外表面可以被含有至少一种离子化合物的层完全覆盖。
本发明的组合物和/或颗粒可以通过将可膨胀微球与所述离子化合物接触、混合、吸收、吸附等制成。可膨胀微球和离子化合物的相对量可以通过传统方法定制。优选地，可以以一种方式定制可膨胀微球和离子化合物的相对量，使得所得到的组合物和/或颗粒在离子强度为10-6M-0.1M、pH约为9.0或更小时的净ζ电势为大于或等于0mV。优选地，在本发明的组合物和/或颗粒中，离子化合物与所述可膨胀微球接触的重量比可以为1∶100-100∶1、优选1∶80-80∶1、更优选1∶1-1∶60、最优选1∶2-1∶50，只要所述组合物和/或颗粒在离子强度为10-6M-0.1M，pH约为9.0或更小时的净ζ电势为大于或等于0mV。在本发明的组合物和/或颗粒中，离子化合物与所述可膨胀微球接触的重量比可以为1∶100、1∶90、1∶80、1∶70、1∶60、1∶50、1∶40、1∶30、1∶20、1∶10、1∶1、10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1、70∶1、80∶1、90∶1和100∶1，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
所述离子化合物与所述可膨胀微球之间的接触时间可以从几毫秒到几年，只要在离子强度为10-6M-0.1M，pH约为9.0或更小时，所得组合物和/或颗粒的净ζ电势大于或等于0mV。优选地，接触发生在0.01秒-1年，优选0.1秒-6个月、更优选0.2秒-3周、最优选0.5秒-1周。
在将所述可膨胀微球与所述离子化合物接触之前，可膨胀微球和/或离子化合物的每一种可以是干燥的和/或分别是浆料、湿滤饼、固态、液态、分散体、胶体、凝胶。另外，可膨胀微球和/或离子化合物的每一种可以是稀释的和/浓缩物。
本发明的组合物和/或颗粒的平均直径在未膨胀状态可以为0.5-200微米，优选2-100微米，最优选5-40微米。所述组合物和/或颗粒的平均直径可以为0.5、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190和200微米，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
另外，本发明的组合物和/或颗粒的最大膨胀率为1-15倍，优选1.5-10倍，最优选2-5倍于平均直径。最大膨胀率可以为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、11、1 2、13、14和15，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
本发明的组合物和/或颗粒可以通过在造纸过程之前和/或期间用上述接触方法制备。优选地，使所述可膨胀微球和所述离子化合物接触，以产生本发明的组合物和/或颗粒，然后将得到的本发明的组合物和/或颗粒随后和/或同时与下面提到的纤维接触。
当本发明的纸基材含有本发明的组合物和/或颗粒时，本发明的组合物和/或颗粒的量可以变化，并取决于所述基材、或最后纸或纸板产品的总重量。基于基材的总重量，所述纸基材可以含有大于0.001重量％、更优选大于0.02重量％、最优选大于0.1重量％的本发明的组合物和/或颗粒。另外，基于所述基材的总重量，所述纸基材还可以含有小于20重量％、更优选地小于10重量％、最优选小于5％的本发明的组合物和/或颗粒。本发明的组合物和/或颗粒的量可以是基于所述基材总重量的0.001、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0、12.0、13.0、14.0、15.0、16.0、17.0、18.0、19.0和20.0重量％，并包括其中任何数值及所有范围和子范围。
所述纸基材含有纤维素的网。本发明的所述纸基材含有回用纤维和/或原纤维。回用纤维与原纤维的不同在于回用纤维至少经历过一次干燥过程。在某些实施方案中，至少一部分纤维素/纸浆纤维可以由非木草本植物提供，其不限制性地包括洋麻、大麻、黄麻、亚麻、剑麻、或马尼拉麻，尽管由于法律限制和其它考虑，使用大麻和其它纤维源不合实际或不可能。任何漂白的或未漂白的纸浆可以用于本发明的过程中。
基于所述基材的总重量，本发明的纸基材可以含有1-99重量％、优选5-95重量％的纤维素纤维，其包括1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95和99重量％，并包括其中任何数值及所有范围和子范围。
优选地，纤维素源来自软木和/或硬木。
基于所述纸基材中纤维素纤维的总量，本发明的纸基材可以含有1-100重量％、优选10-60重量％的源自软木品种的纤维素纤维。该范围包括基于所述纸基材中纤维素纤维总量的1、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95和100重量％，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
基于纸基材的总重量，所述纸基材可以备选地或重叠地含有0.01-100重量％的源自软木品种的纤维，最优选10-60重量％。基于纸基材的总重量，所述纸基材含有不大于0.01、0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95和100重量％的软木，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
所述纸基材可以含有源自软木品种的软木纤维，其中软木品种的Canadian Standard Freeness(csf)为300-750，更优选450-750。该范围包括300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740和750csf，包括其中任何数值及所有范围和子范围。Canadian Standard Freeness按TAPPI T-227标准试验测量。
基于纸基材中纤维素纤维的总量，本发明的纸基材可以含有1-99重量％、优选30-90重量％源自硬木品种的纤维素纤维。基于纸基材中纤维素纤维的总量，该范围包括1、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95和100重量％，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
基于纸基材的总重量，所述纸基材可以备选地或重叠地含有0.01-100重量％、优选60-90重量％的源自硬木品种的纤维。基于纸基材的总重量，所述纸基材含有不大于0.01、0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、99和100重量％的细小纤维，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
所述纸基材可以含有源自硬木品种的纤维，其中所述硬木品种的Canadian Standard Freeness(csf)为300-750，更优选450-750csf。该范围包括300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740和750csf，包括其中任何数值及所有范围和子范围。Canadian Standard Freeness按TAPPI T-227标准试验测量。
当所述纸基材中含有硬木纤维和软木纤维时，优选硬木/软木比例为0.001-1000，更优选90/10-30/60。该范围可以包括0.001、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000，包括其中任何数值及所有范围和子范围，以及这些比例的反比的任何数值及所有范围和子范围。
另外，本发明的纸基材含有的软木和/或硬木纤维可以通过物理和/或化学手段改性。物理手段的实例不限制性地包括电磁和机械手段。电改性的手段不限制性地包括使所述纤维与电磁能量源(例如光和/或电流)接触的手段。机械改性的手段不限制性地包括使无生命体与所述纤维接触。这种无生命体的实例包括那些具有锋利和/或钝的边缘的无生命体。这种手段还包括，例如切断、捏合、重击、刺穿等手段。
化学手段的实例非限制性地包括传统的化学纤维改性方法，包括交联和在其上沉积配合物。这种纤维改性的实例可以非限制性地是在下面专利中找到的那些实例：6,592,717、6,592,712、6,582,557、6,579,415、6,579,414、6,506,282、6,471,824、6,361,651、6,146,494、H1,704、5,731,080、5,698,688、5,698,074、5,667,637、5,662,773、5,531,728、5,443,899、5,360,420、5,266,250、5,209,953、5,160,789、5,049,235、4,986,882、4,496,427、4,43 1,481、4,174,417、4,166,894、4,075,136和4,022,965，其全部内容通过引用结合在此。纤维的进一步改性可以在2005年2月19号提交的美国专利申请第60/654,712号中找到，其包括加入其中讨论的荧光增白剂(即OBA)，其全部内容通过引用结合在此。
细小纤维源可以在SaveAll fibers、循环流、不合格料流、废纤维料流中找到。纸基材中存在的细小纤维的量可以通过定制这种料流加入所述造纸过程中的速度来改变。
所述纸基材优选地含有硬木纤维、软木纤维和细小纤维的组合。如上所述，细小纤维是循环的纤维，并且一般平均长度为不大于100μm，优选不大于90μm、更优选长度不大于80μm、并且最优选长度不大于75μm。细小纤维的长度优选为不大于5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95和100μm，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
基于基材的总重量，所述纸基材含有0.01-100重量％的细小纤维，优选0.01-50重量％，最优选0.01-15重量％。基于纸的总重量，所述纸基材含有不大于0.01、0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95和100重量％的细小纤维，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
基于所述纸基材中含有的纤维的总重量，所述纸基材可以备选地或重叠地含有0.01-100重量％、优选0.01-50重量％、最优选0.01-15重量％的细小纤维。基于所述纸基材中含有的纤维的总重量，所述纸基材含有不多于0.01、0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95和100重量％的细小纤维，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
在优选的实施方案中，可以处理上述纤维的任一种，以使其具有高的ISO亮度。以这种方式处理的这种纤维的实例非限制性地包括在如下专利申请中描述的那些：在2006年2月21日提交的申请第11/358,543号、名为“PULP AND PAPER HAVING INCREASED BRIGHTNESS”的美国专利申请，其全部内容通过引用结合在此；在2006年2月21日提交的申请PCT/US06/06011、名为“PULP AND PAPER HAVING INCREASED BRIGHTNESS”的PCT专利申请，其全部内容通过引用结合在此。
尽管纸浆、纤维和/或纸基材可以具有任何亮度和/或CIE白度，优选地在该实施方案中，这种亮度和/或CIE白度如下所述：
优选地，本发明的纤维和/或纸浆和/或纸基材可以具有任何CIE白度，但优选地CIE白度大于70、更优选大于100、最优选大于125或者甚至大于150。CIE白度可以在125-200的范围内，优选130-200，最优选150-200。CIE白度可以大于或等于70、80、90、100、110、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195和200 CIE白度点，包括其中任何数值及所有范围和子范围。测量CIE白度和从纤维及从其制得的纸中得到这种白度的实例可以在，例如US 6,893,473中找到，其全部内容通过引用结合在此。
本发明的纤维、纸浆和/或纸基材可以具有任何ISO亮度，但优选大于80，更优选大于90，最优选大于95的ISO亮度点。ISO亮度可以优选地为80-100，更优选为90-100，最优选为95-100 ISO亮度点。该范围包括大于或等于80、85、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99和100 ISO亮度点，包括其中任何数值及所有范围和子范围。测量ISO亮度和从造纸纤维及由此制得的纸中得到这种亮度的实例可以在例如US6,893,473中找到，其全部内容通过引用结合在此。
本发明的纸基材的pH可以为1.0-14.0，优选4.0-9.0，pH用任何传统方法例如pH标记笔/笔和传统的TAPPI方法252和259(热提取测试和/或表面pH测试))测得。该范围包括pH为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5和9.0，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
本发明的纸基材可以从具有任何基重的造纸机制得。所述纸基材可以具有高或低的基重，包括至少10磅/3000平方英尺、优选至少20-500磅/3000平方英尺、更优选40-325磅/3000平方英尺的基重。基重可以为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、425、450、475和500磅/3000平方英尺，包括其中任何数值及所有范围和子范围。当然这些重量可以容易地转化为以1300平方英尺为基准。
本发明的纸基材的表观密度可以是1-20、优选4-14、最优选5-10磅/(3000平方英尺·0.01英寸厚)。所述纸基材的表观密度可以是每0.01英寸厚1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20磅/3000平方英尺，包括其中任何数值及所有范围和子范围。当然这些重量可以容易地转化为以1300平方英尺为基准。
本发明的纸基材的卡规厚度可以是2-35密耳、优选5-30密耳、更优选10-28密耳、最优选12-24密耳。所述纸基材的卡规厚度可以为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34和35密耳，包括其中任何数值及所有范围和子范围。本发明的任何上述任何卡规厚度可以是本发明的纸基材在压光前或后的卡规厚度，如下面所述。
本发明的纸基材的Sheffield平滑度可以小于400 Sheffield单位(SU)。但是，优选的Sheffield平滑度由最终纸基材产品的目标用途来决定。优选地，用TAPPI测试方法T538 om-1测量的本发明纸基材的Sheffield平滑度为小于350 SU，更优选小于250 SU，最优选小于200 SU，包括其中任何数值及所有范围和子范围。所述纸基材的Sheffield平滑度可以为400、350、300、275、250、225、200、190、180、170、160、150、140、130、120、110、100、90、80、70、60、50、40、30、20和10，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
与不含本发明的可膨胀微球和/或组合物和/或颗粒的传统纸基材相比，本发明的纸基材的Sheffield平滑度提高了至少1％，优选至少20％，更优选至少30％，最优选50％。与不含本发明的可膨胀微球和/或组合物和/或颗粒的传统纸基材相比，本发明的纸基材的Sheffield平滑度提高了1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、125、150、175、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900和1000％。
本发明的纸基材还可以包含任选的物质，其包括助留剂、施胶剂、粘合剂、填充剂、增稠剂和防腐剂。填充剂的实例非限制性地包括粘土、碳酸钙、硫酸钙半水合物和硫酸钙脱水物。优选的填充剂是碳酸钙，其优选形式为沉淀碳酸钙。粘合剂的实例非限制性地包括聚乙烯醇、Amre(碱性熟化阳离子树脂型)、Bayer Parez、多氯乳液、改型淀粉如羟乙基淀粉、淀粉、聚丙烯酰胺、改性聚丙烯酰胺、多元醇、多元醇羰基加合物、乙二醛(ethanedial)/多元醇缩合物、聚酰胺、表氯醇、乙二醛(glyoxal)、乙二醛脲、乙二醛、脂肪族聚异氰酸酯、异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯、二异氰酸酯、聚异氰酸酯、聚酯、聚酯树脂、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸树脂、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。其它任选的物质非限制性地包括二氧化硅，例如胶体和/或溶胶的。其它任选物质的实例是溶剂，其不限制性地包括水。
本发明的纸基材可以含有选自以下组中的助留剂：分散在松厚度和孔隙率增强添加剂的纤维素纤维中的凝结剂、絮凝剂和包埋剂。
用于松厚度增大添加剂的助留剂用来在所述纸板中间而不是外围保留高百分比的所述添加剂。合适的助留剂通过块体(bulk)添加剂的凝结、絮凝、或包埋而起作用。凝结包括最初分散的胶体颗粒的沉淀。适当地，该沉淀伴随着颗粒表面的电中和或高电荷密度片的形成。由于天然颗粒如细粒、纤维、粘土等是阴离子的，所以，有利地是伴随着向总体系中加入阳离子来进行凝结。这种所选的阳离子材料适当地具有高电荷质量比。适当的凝结剂包括无机盐，例如明矾或氯化铝以及它们的聚合产物(例如PAC或聚合氯化铝或合成的聚合物)；聚二烯丙基二甲基氯化铵(即DADMAC)；二甲胺-表氯醇共聚物；聚乙烯亚胺；聚(3-丁烯基甲基氯化铵)；聚(4-乙烯基苯甲基三甲基铵)；聚(2，3-环氧丙基三甲基氯化铵)；聚(5-异戊二烯基三甲基氯化铵)；以及聚(丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵)。其它具有高电荷质量比的合适的阳离子化合物包括所有的聚锍化合物，例如2-氯甲基、1，3-丁二烯和二烷基硫化物的加合物制得的聚合物；所有的由胺的反应制得的聚胺，例如由乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺或各种二烃基胺与双卤素、双环氧或氯乙醇化合物(例如1，2-二氯乙烷、或1，5-二环氧己烷、或表氯醇)反应制得的聚胺，所有的胍聚合物，例如胍与含有或不含聚胺的甲醛的产物。优选的凝结剂是分子量为90,000-200,000的聚二烯丙基二甲基氯化铵(即DADMAC)，和分子量为约600-5,000,000的聚乙烯亚胺。本发明申请中的所有聚合物和共聚物的分子量都是基于常用来测量聚合物体系分子量的重均分子量。
另一种适合用于生产本发明的纸板的有利的助留体系是絮凝。这主要是颗粒通过带相反电荷的高分子量大分子桥联或网联。备选地，所述桥联可以通过采用双聚合物体系来实现。可用于单一添加剂方法的大分子是阳离子淀粉(淀粉酶和支链淀粉)，阳离子聚丙烯酰胺，例如丙烯酰胺-二烯丙基二甲基氯化铵共聚物、丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚物、阳离子胶、壳聚糖和阳离子聚丙烯酸酯。天然大分子如淀粉和胶通常是通过将其用2，3-环氧丙基三甲基氯化铵处理而使其带正电，但是也可以使用其它化合物，例如2-氯乙基二羟基胺、丙烯酰氧乙基二烃基氯化铵、丙烯酰胺乙基三烷基氯化铵等。适用于双聚合物方法的二元添加剂是起凝结剂作用的那些化合物中的任意物质，以及高分子量阴离子大分子，例如阳离子淀粉、CMC(羟甲基纤维素)、阴离子胶、阴离子聚丙烯酰胺(例如聚丙烯酰胺-丙烯酸共聚物)、或细分散的胶体颗粒(例如胶体二氧化硅、胶体氧化铝、膨润土、或Cytec Industries公司销售的名为Polyflex的聚合物微粒)。天然大分子如纤维素、淀粉和胶一般通过将其用氯乙酸处理而使其带阴离子，但是也可以采用其它方法例如磷酸化。合适的絮凝剂是分子量约为100,000-30,000,000的含氮有机聚合物。优选的聚合物的分子量约为10,000,000-20,000,000。最优选的聚合物的分子量为约12,000,000-18,000,000。合适的高分子量聚合物是分子量为约500,000-30,000,000的聚丙烯酰胺、阴离子丙烯酰胺-丙烯酸酯聚合物、阳离子丙烯酰胺共聚物，和分子量为500,000-2,000,000的聚乙烯亚胺。
第三种在纤维板种保持填充剂的方法是包埋。这是将颗粒在纤维网络中机械包埋。包埋可以通过最大化网络形成，比如在高分子量阴离子聚丙烯酰胺或高分子量聚氧化乙烯(PEO)存在下通过形成网络来最大化形成网络来适当地达到。备选地，通过二元添加剂如PEO和酚醛树脂的反应，在网络中形成分子网。
任选的物质可以分散在所述纸基材的横截面上，或者可以在所述纸基材的横截面内部聚集。另外，其它任选的物质例如粘合剂和/或施胶剂可以向纸基材横截面的外表面上更高度地聚集。更具体地，任选物质例如粘合剂或施胶剂的大部分可以优选地位于与基材外表面的距离等于或小于基材总厚度的25％，更优选10％。这种任选物质例如粘合剂或施胶剂与基材横截面相关定位的实例例如是具有“I-型标”结构的纸基材，其可以在名为“PAPER SUBSTRATES CONTAINING HIGH SURFACE SIZINGAND LOW INTERNAL SIZING AND HAVING HIGH DIMENTIONALSTABILITY(含有高表面施胶、低表面施胶和高尺寸稳定性的纸基材)”的美国临时专利申请60/759,629中找到，其全部内容通过引用结合在此。包括加入膨胀剂的另外的实例可以在名为“PAPER SUBSTRATESCONTAINING A BULKING AGENT,HIGH SURFACE SIZING ANDLOW INTERNAL SIZING AND HAVING HIGH DIMENTIONALSTABILITY(含有高表面施胶、低表面施胶和高尺寸稳定性的纸基材)”的美国临时专利申请60/759,630中找到，其全部内容通过引用结合在此；以及名为“PAPER WITH IMPROVED STIFNESS AND BULK ANDMETHOD FOR MAKING SAME(挺度和松厚度改进的纸基材)”的美国专利申请号为10/662,699，现在公开号为2004-0065423，其全部内容通过引用结合在此。
粘合剂的一个实例是聚乙烯醇，例如％水解度为100-75％的聚乙烯醇。聚乙烯醇的％水解度可以为75、76、78、80、82、84、85、86、88、90、92、94、95、96、98和100％水解，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
本发明的纸基材可以含有基于基材的总重量为0.05重量％-20重量％的PVOH。基于基材的总重量，该范围包括0.001、0.002、0.005、0.006、0.008、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、4、5、6、8、10、12、14、15、16、18和20重量％，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
本发明的纸基材还可以含有表面施胶剂，例如淀粉和/或改性淀粉和或其官能的等价物，基于基材的总重量，其重量％为0.05重量％-20重量％，优选5-15重量％。基于基材的总重量，基材所含的淀粉的重量％可以为0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、4、5、6、8、10、12、14、15、16、18和20，包括其中任何数值及所有范围和子范围。改性淀粉的实例包括，例如氧化的、阳离子的、乙基化的、羟乙氧基化的等。官能的等同物的实例有，但不限于聚乙烯醇、聚乙烯胺、藻酸盐、羧甲基纤维素等。
所述纸基材可以通过使本发明的可膨胀微球和/或组合物和/或颗粒与纤维素纤维连续地和/或同时接触而制得。此外，所述接触可以在可接受的浓度水平发生，而使本发明的纸基材含有上述提到的纤维素和本发明的可膨胀微球和/或组合物和/或颗粒单独的或其任何组合的量。更具体地，本发明的纸基材可以向每吨纤维素加入0.25-20磅所述可膨胀微球和/或组合物和/或颗粒而制得。每吨纤维素中的可膨胀微球和/或组合物和/或颗粒的量可以为0.25、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20磅。
所述接触可以在造纸过程中的任何时间发生，其不限制性地包括厚坯、薄坯、流浆箱、以及涂布机，优选加料点在薄坯处。另外的加料点包括纸机浆池、调浆箱、混合浆泵的吸口处。
所述纸基材还可以通过使另外任选的物质与纤维素接触而制得。所述接触可以在造纸过程中任何时间发生，其不限制性地包括厚坯、薄坯、流浆箱、施胶压榨、吸水箱、以及涂布机。另外的加料点包括纸机浆池、调节箱、混合浆泵的吸口处。纤维素纤维、可膨胀微球和/或任选的组分可以顺序地、连续地和/或同时以任何种组合相互接触。纤维素纤维和可膨胀微球可以在加入造纸过程之前或造纸过程期间以任何组合预混合。
所述纸基材可以在含有一个或多个压区的压榨部压榨。但是，造纸领域公知的任何压榨方法都可以使用。压区可以是，但不限于单毛毯压榨、双毛毯压榨、辊筒和压榨机的延伸压区。但是，任何造纸领域公知的压区都可以使用。
所述纸基材可以在干燥部干燥。可以使用造纸领域公知的任何干燥方法都。干燥部可以包括和含有干燥筒、烘缸、Condebelt干燥、红外干燥、或其它本领域已知的干燥方法和机械装置。可以将所述纸基材干燥至含有任何所选的含水量。优选地，将基材干燥而含有少于或等于10％的水。
可以使所述纸基材通过施胶压榨，其中任何造纸领域公知的施胶方法都是可接受的。举例来说，施胶压榨可以是搅拌式施胶压榨(例如倾斜的、垂直的、水平的)或计量施胶压榨(例如叶片计量、杆计量)。在施胶压榨中，施胶剂例如粘合剂可以与基材接触。任选这些相同的施胶剂可以在造纸过程的湿端按照需要加入。施胶后，所述纸基材可以按照上面举例提到的方法和造纸领域中公知的其它方法再次干燥，也可以不干燥。可以将所述基材干燥，而使其含有任何含量的水。优选地，将基材干燥而使其含有少于或等于10％的水。
所述纸基材可以用造纸领域任何公知的压光方法进行压光。更具体地，可以利用，例如，湿式堆叠压光、干式堆叠压光、钢压区压光、热软压光或延伸压区压光等。尽管不希望受理论束缚，据认为本发明的可膨胀微球和/或组合物和/或颗粒的存在可以降低并减轻取决于其应用目的的某些纸基材对苛刻压光方法和环境的要求。在压光期间，所述基材可以接受任何压区压力。但是，压区压力优选为5-50psi，更优选5-30psi。压区压力可以为5、10、15、20、25、30、35、40、45和50psi，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
所述纸基材可以根据造纸领域任何公知的磨光(microfinish)方法进行磨光。磨光是一种包含摩擦方法来磨光纸基材表面的方法。可以在向纸基材施用或不施用压光方法连续地和/或同时地将纸基材进行磨光。磨光方法的实例可以在公布的美国专利申请20040123966和其中的参考文献中找到，其全部内容通过引用结合在此。
在本发明的一个实施方案中，本发明的纸基材可以是涂布的纸基材。因此在该实施方案中，本发明的纸板和/或纸基材可以包括至少一个涂层，其包括任选的两个涂层和/或多个涂层。所述涂层可以涂覆到本发明的纸板和/或纸基材的包括两个表面的至少一个表面。另外，所述涂布可以透过纸板和/或纸基材。所述涂层可以含有粘合剂。另外涂层还可以任选含有颜料。涂层其它的任选成分是表面活性剂、分散助剂和其它用于印刷组合物的传统添加剂。
所述涂层可以包括支化和/或交联的涂布聚合物和/或共聚物。适用于此目的的聚合物和共聚物是熔点低于270℃、并且玻璃化转变温度(Tg)在-150-+120℃的范围内的聚合物。所述聚合物和共聚物含有碳和/或杂原子。适当的聚合物的实例可以是聚烯烃，例如聚乙烯和聚丙烯、硝化纤维、聚对苯二甲酸乙二酯、Saran(莎纶)和苯乙烯丙烯酸共聚物。代表性涂层聚合物包括甲基纤维素、羟甲基纤维素乙酸酯共聚物、乙酸乙烯酯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物和苯乙烯-丙烯酸共聚物。可以使用任何标准的纸板和/或基材涂层组合物，例如在US 6,379,497中公开的组合物和方法，其全部内容通过引用结合在此。但是，可以使用的优选的涂层组合物的实例可以在2004年9月20日提交的美国专利申请10/945,306中找到，其全部内容通过引用结合在此。
涂层可以包括多个层或单个层，其可以具有任何所需的厚度，并可以用标准方法制得，特别是印刷方法。例如，所述涂层可以含有底涂层和表涂层。底涂层可以，例如，含有低密度热塑性颗粒，和可选的第一粘合剂。表涂层可以，例如，含有至少一种颜料，和可选的第二粘合剂，其可以与第一粘合剂相同或不同。底涂层的颗粒和表涂层的至少一种颜料可以分散在其各自的粘合剂中。
所述涂层的厚度可以在较大范围内变化，并且可以使用任何厚度。通常，所述涂层的厚度至少为约1.8-约9.0μm，其将涂层中各组分的平均密度和重量比都估算在内。涂层的厚度优选为约2.7-约8.1μm，更优选约3.2-约6.8μm。涂层的厚度可以为1.8、2.0、2.2、2.5、2.7、3.0、3.2、2.5、3.7、4.0、4.2、4.5、4.7、5.0、5.2、5.5、5.7、6.0、6.2、6.5、6.7、7.0、7.2、7.5、7.7、8.0、8.2、8.5、8.7和9.0μm，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
涂层的涂布量可以在较大范围内变化，并且可以使用任何传统的涂层。底涂层通常以约4-约20gsm的量涂覆到纸基材上。底涂层的涂布重量优选为约4-约18gsm，更优选为约7-约15gsm。底涂层涂布重量为4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20gsm，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
尽管涂布或未涂布的纸基材可以具有任何基重，但在一个实施方案中，根据本发明的涂布纸基材的基重可以为至少20磅/3000平方英尺，优选至少140-325磅/3000平方英尺。涂布纸基材的基重可以是20、40、60、80、100、120、140、150、160、170、180、190、200、210、220、240、250、260、270、280、290、300、310、320和325，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
尽管涂布或未涂布的纸基材可以具有任何表观密度，但在一个实施方案中，根据本发明的涂布纸基材的表观密度可以为每0.01英寸厚4-12、优选5-10磅/3000平方英尺。该实施方案的涂布纸基材的表观密度可以为每0.01英寸厚4、5、6、7、8、9、10、11和12磅/3000平方英尺，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
尽管涂布或未涂布的纸基材可以具有任何表观密度，在一个实施方案中，根据本发明的涂布纸基材的卡规厚度可以为8-32密耳，优选12-24密耳。该实施方案的涂布纸基材的卡规厚度可以为8、10、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、26、28、30和32密耳，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
尽管涂布或未涂布的纸基材可以具有任何Sheffield平滑度，在一个实施方案中，由TAPPI测试方法T538 om-01测得的根据本发明的涂布纸基材的Sheffield平滑度小于50，优选地小于30，更优选小于20，并且最优选小于15。该实施方案的Sheffield平滑度可以为50、45、40、35、30、25、20、15、10和5SU，包括其中任何数值及所有范围和子范围。Sheffield平滑度可以在压光前或后测得。与不含本发明的可膨胀微球、组合物和/或颗粒的传统涂布纸基材相比，本发明的涂布基材的Sheffield平滑度提高了10％、优选20％、更优选30％、最优选50％。
尽管涂布或未涂布的纸基材可以具有任何的Parker印刷平滑度(10kgf/cm2)，在一个实施方案中，根据本发明的涂布纸基材的Parker印刷平滑度(10kgf/cm2)可以是小于或等于2、优选小于1.5、更优选小于1.3、最优选为1.0-0.5，由TAPPI测试方法T555 om-99测量。本发明的涂布纸基材的Parker印刷平滑度(10kgf/cm2)可以为2.0、1.8、1.6、1.4、1.2、1.0、0.8、0.6、0.4和0.2，包括其中任何数值及所有范围和子范围。与不含本发明的可膨胀微球、组合物和/或颗粒的传统涂布纸基材相比，本发明的涂布基材的Parker印刷平滑度提高了5％、优选20％、更优选30％、最优选40％。与不含本发明的可膨胀微球、组合物和/或颗粒的传统涂布纸基材相比，优选的Parker印刷平滑度的提高范围是10-20％。
本发明的涂布或未涂布的纸基材可以具有改善的由第二青色扫描墨斑测量的印刷墨斑。扫描墨斑用如下步骤测定：在典型的商业胶印石板印刷纸的生产条件、其中青色彩色油墨的反射密度为1.35±0.05受控条件下，从印刷的颜料涂布纸或纸板中选出代表性样品。将100％固体青色印刷反射图像进行数码扫描并通过神经网络模型转变，产生从0(油墨非常均匀地铺展，没有墨斑)-10(视觉可见、令人不快，并且可能因为印刷墨斑而被丢弃，印刷区域的视觉反射密度或颜色任意地不均匀)的产品印刷墨斑指数。可以将来自该第二青色扫描墨斑系统的数据与主观视觉感知(使用0-10准则)相互关联，或者可以用下面公式将其转变为由TobiasAssociates的Tobias墨斑检测器测量的等价墨斑值。
Tobias＝扫描墨斑*8.8+188
描述步骤的方法和上述公式建立的细节可以在2004年9月20日提交的美国专利申请10/945,306中找到，其全部内容通过引用结合在此。
在优选的实施方案中，本发明的涂布或未涂布的纸或纸板基材具有任何第二青色扫描印刷墨斑。但是，第二青色扫描印刷墨斑可以为0-10，优选不大于6，更优选不大于5，最优选不大于4。第二青色扫描印刷墨斑可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9和10，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
与不含本发明的可膨胀微球、组合物和/或颗粒的传统涂布纸基材相比，本发明的涂布基材的印刷墨斑改善了5％、优选20％、更优选30、最优选50％。与不含本发明的可膨胀微球、组合物和/或颗粒的传统涂布纸基材相比，优选的印刷墨斑改善范围10-20％。与不含本发明的可膨胀微球、组合物和/或颗粒的传统涂布纸基材相比，本发明的基材的第二青色扫描印刷墨斑改善了1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、125、150、175、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900和1000％。
在涂布纸的另一个优选实施方案中，涂层的优选实例包括在基材表面上的底涂层。底涂层可以包含分散在聚合物粘合剂中的低密度热塑性颗粒。此处的“低密度热塑性颗粒”是由密度小于1.2Kg/l的包括孔隙空气体积干燥状态的热塑性或弹性聚合物形成的。所述密度优选小于0.8Kg/l，更优选小于0.6Kg/l，并且最优选为约0.3gKg/l-约0.6Kg/l。所述低密度热塑性颗粒优选为不可膨胀，并且更优选地直径小于3微米，更优选小于2微米，最优选为0.1-约1.0微米。尽管我们不愿受理论束缚，通常认为含有低密度热塑性颗粒使底涂层更加可压缩，并增强了材料的有益性能。与具有相同特性但在底涂层中没有低密度热塑性颗粒的相似材料相比，改善的性能包括第二青色扫描墨斑减小，纸张和印刷的光泽增加和/或Sheffield和Parker印刷平滑度增加。
尽管我们不希望受任何理论束缚，还是认为与减少背向捕获偏移印刷墨斑所需的涂层高度相反减小的涂层厚度的量和可压缩性(压缩范围)负载与胶印压力下基纸板Z-方向的不均匀性直接成比例。例如，胶印压力通常在约10kg/sq cm的范围内，其己被标准化为Parker印刷表面粗糙度(PPS，微米)的R(橡胶)10kg/cm2。如果采用这些负载范围，在所采用负载范围的底涂层的可压缩性应“漂移或缓冲”Z-方向纤维与纤维的交点，从而防止或减少点与点的印刷压力变化。在这些印刷压力变化的存在的地方，所述变化最初导致油墨薄膜转移中及随后印刷单元的进一步变化，由此使部分的油墨薄膜背向捕获至随后的橡皮滚筒(压印滚筒)。
可用的低密度热塑性颗粒可以在较大范围内变化，其不限制性地包括粒径至少约175nm的空心聚合物塑性颜料和粘合剂。这些的实例有来自Rohm and Haas的ROPAQUEHP1 055和AF1 353，以及来自DowChemical Company的HS 2000NA和HS 3000NA塑性颜料。底涂层中存在的低密度热塑性颗粒的量可以在较大范围内变化，但优选量为小于底涂层的30重量％。在选择的实施方案中，更优选地，它们以约1-约15重量％的底涂层组成存在，更优选以约2-约10重量％的底涂层组成存在，最优选以约3-约7重量％的底涂层组成存在。
底涂层可以含有碳酸钙(或其等价物)和低密度热塑性颗粒的组合。低密度热塑性颗粒的量可以为0.5-30重量％，优选1-8重量％，更优选为3-7重量％，最优选为4-6重量％，以碳酸钙(或其等价物)和低密度热塑性颗粒的总重量为基础。
底涂层的另一个主要成分包括一种或多种聚合物粘合剂。可用的粘合剂的例子为那些传统用于涂布纸的聚合物，例如可以使用丁苯乳液、苯乙烯丙烯酸酯、聚乙烯醇和共聚物、聚乙酸乙烯酯和共聚物、乙酸乙烯酯共聚物、羰基SBR乳胶、苯乙烯丙烯酸酯共聚物、苯乙烯/丁二烯/丙烯腈、苯乙烯/丁二烯/丙烯酸酯/丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮和共聚物、聚环氧乙烷、聚(2-乙基-2-嗯唑啉)，聚酯树脂、明胶、干酪素、藻酸盐、纤维素衍生物、丙烯酸乙烯基聚合物、大豆蛋白聚合物、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、淀粉、乙氧基化的、氧化的、酶转化的淀粉、阳离子淀粉、水溶性胶、水溶性和水不溶性树脂或聚合物乳胶的混合物等。优选的聚合物粘合剂是羧化SBR乳胶、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、苯乙烯/丙烯腈共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、苯乙烯/丙烯酸酯共聚物及乙酸乙烯酯聚合物和共聚物。
当包括有机或无机膨胀颜料时，具有足够大粒径的粘合剂乳胶还提供初始的膨胀性。用于纸涂布应用的乳胶颗粒的粒径一般为约100-约300nm。具有足够尺寸以提供可压缩性的乳胶颗粒的粒径至少为175nm。提供可压缩性的乳胶的尺寸与底涂层中使用的无机和有机颜料的平均尺寸直接成比例。通常，纸板底涂层中使用的研磨碳酸钙(GCC)是HYDRCARB60(购自OMYA)。所述研磨碳酸钙是用湿球研磨的产品，其60％的颗粒小于2微米。相反地，40％的所述颗粒等于或大于约2微米。优选地，对于主要由HYDROCARB60碳酸钙或相似产品组成的底涂层而言，乳胶颗粒的尺寸为至少175nm。更优选地，所述乳胶颗粒尺寸为至少185nm，更优选所述乳胶颗粒尺寸为至少190nm。
碳酸钙原料可以以任意量混合。例如，60％的颗粒小于2微米的研磨碳酸钙原料可以以基于碳酸钙的总重量10-90重量％存在。含60％的其颗粒小于2微米的研磨碳酸钙原料的量可以是基于碳酸钙总重量的10、20、30、40、50、60、70、80和90重量％，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
碳酸钙原料可以以任意量混合。例如，40％的颗粒小于2微米的研磨碳酸钙原料可以以基于碳酸钙的总重量10-90重量％存在。含40％的颗粒小于2微米的研磨碳酸钙原料的量可以是基于碳酸钙总重量的10、20、30、40、50、60、70、80和90重量％，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
在本发明的更优选的实施方案中，采用附加的颜料或填充剂来改善所述涂布纸和纸板的性能。这些附加的颜料可以在较大范围内变化，并且包括那些一般用于涂布纸和纸板的无机颜料，例如二氧化硅、粘土、硫酸钙、硅酸钙、活性粘土、硅藻土、硅酸镁、氧化镁、碳酸镁、氢氧化铝。为了加入附加的初始涂布膨胀材料(coating bulk)，可以加入无机颗粒，例如具有膨胀结构(例如花环形晶体)的沉淀碳酸钙。在本发明的最优选实施方案中，具有花环形或其它松厚结构的无机颜料可以包括在底涂层中，使底涂层具有较大的初始松厚度或厚度。花环形结构提供较大的涂层厚度，因此对于给定涂布量，涂布覆盖率增加。当在涂布SBS纸板机上用热软光泽压光机压光时，这使得干燥的涂层能够容易地在Z-方向移动，并因此形成具有减少的低点数量的水平涂布表面。优选的无机颜料非限制性地包括沉淀碳酸钙、机械或化学处理的粘土、煅烧粘土和其它能够降低涂层干燥时的平均密度的颜料类型。这些颜料没有为干燥的底涂层提供可压缩性。它们互相作用地降低给定涂布量下的平均涂层密度，并且提高平均涂层厚度，这样可使诸如较大尺寸粘合剂和空心塑料球的可压缩材料在缓冲基础纸板在Z-方向的不均匀性(由于胶印压区点与点的印刷压力不同而产生)方面更加有效。
底涂层的涂布量可以在较大范围内变化，并且可以使用任何传统的涂层。底涂层通常以约4-约20gms的量涂覆到纸基材。底涂层的涂布量优选为约6-约18gms，更优选为约7-约15gms。底涂层的厚度可以在较大范围内变化，并且可以使用任何厚度。通常，底涂层的厚度为最小约1.8-约9.0μm，其把涂层中各组分的平均密度和重量比都估算在内。底涂层的厚度优选为约2.7-约8.1μm，更优选地约3.2-约6.8μm。考虑到向不相似的形状中填充的填充因子，当向不透水表面涂布时，平均厚度会比这里给出的理论值大得多。但是，由于纸板通常的粗糙性质，以及在平均涂布量为12g/m2涂覆和计量底涂层的应用和测量系统，纸中粗糙高点处的涂层厚度可以低至2-3微米，但大表面纤维间的凹部的厚度可以高至10+微米。底涂层的刚性刮刀计量用来提供水平表面，以向其上涂覆非常均匀的表涂层。
材料的附加部分是表涂层。表涂层包括一种或多种分散在一种或多种聚合物粘合剂中的无机颜料。聚合物粘合剂和无机颜料是那些通常用于纸和纸板涂布中的那些。可用的颜料和粘合剂的实例是在底涂层中应用的那些。
表涂层的涂布量可以在较大范围内变化，并且可以使用任何传统的涂层。表涂层通常以约4-约20gms的量涂覆到纸基材。底涂层的涂布量优选为约6-约18gms，并且更优选为约7-约15gms。表涂层16的厚度可以在较大范围内变化，并且可以使用任何厚度。通常，底涂层的厚度为最小约1.8-约9.0μm，其把涂层中各组分的平均密度和重量比都估算在内。底涂层的厚度优选为约2.7-约8.1μm，更优选地约3.2-约6.8μm，其把涂层中各组分的平均密度和重量比都估算在内。用粘合剂和所有颜料中的添加剂填充孔隙体积的点被称为“临界孔隙体积”。在涂料行业中，该点被作为从无光涂料到光泽涂料的转变点。
本发明的涂布纸或纸板可以用已知的传统技术制得。在纸和纸板领域中，形成和向纸基材上应用涂层配制品的方法和设备是熟知的。参见例如上面参考的G.A.Smook，其中提到的参考文献其全部内容通过引用结合在此。所有这种已知的方法都可以在本发明的实施中应用，在本申请中不再赘述。例如，基本颜料、聚合物或共聚物粘合剂和任选组分的混合物可以溶解或分散在适当的液体介质中，优选为水。
表涂层和底涂层配制品中固体含量可以在较大范围内变化，可以使用传统的固体含量。底涂层的固体含量优选为约45-70％，因为在该范围内，随着干燥要求的提高，材料表现出优异的扫描墨斑特性。底涂层中的固体含量更优选为约57-69％，并且最优选为从约60-约68％。选择的实施方案中底涂层涂层配制品中的固体含量为约63-约67％。
可以用任何适当的方法向基材涂覆涂层配制品，例如铸涂、刮刀涂布、气刀涂布、棒涂、辊涂、凹面涂布、槽凸模涂布、喷雾涂布、浸渍涂布、Meyer棒涂、逆转辊涂布、挤出涂布等。另外，也可以使用棒计量或其它计量方法，将涂层组合物涂覆到造纸机的施胶压机。在本发明的优选实施方案中，使用刮刀涂布机涂覆底涂层配制品，并用刮刀涂布机或气刀涂布机来涂覆表涂层。在最优选的实施方案中，使用刚性刮刀涂布机涂覆底涂层，用弯曲刮刀涂布机或气刀涂布机来涂覆表涂层。
用涂层组合物处理后，将涂布或未涂布的纸或纸基材干燥。将涂层组合物处理的纸或纸板网干燥的方法和设备在纸和纸板领域众所周知。参见例如上面参考的G.A Smook和其中提到的参考文献。任何传统的干燥方法和设备都可以使用。因此，本申请中不再非常详细描述这些方法和设备。优选地，纸或纸板网在干燥后的水分含量等于或小于10重量％。干燥过的纸或纸板网的水分含量优选为约5-约10重量％。
干燥后，涂布或未涂布纸或纸板基材可以进行一个或多个后干燥步骤，如参见上面参考的G.A Smook和其中提到的参考文献中所述的实例。例如，可以将涂布纸通过压光机形成的压区，将所述纸或纸板网压光以提高平滑度和改善印刷墨斑性能以及纸的其它性能。用光泽压光机(橡胶辊用铬合金钢)或热软光泽压光机(复合聚合物表面用铬合金钢)使面涂布纸或纸板表面具有光泽。这些压光机需要的热和压力的量依赖于所述网进入压区的速度、卷筒的尺寸、卷筒组成和硬度、负载率、表涂层和底涂层重量、下面的粗糙纸板的粗糙度、涂层的粘合剂强度和涂层中存在的颜料的粗糙度。通常，表涂层含有非常细小颗粒尺寸的粘土和研磨或沉淀碳酸钙、粘合剂、流变助剂和其它添加剂。通常热软压光的直径是1m和更大，并且内部用非常热的传热液体加热。加热的钢辊的直径直接取决于造纸机的宽度。一般地，与300″或250″宽的造纸机相比，较宽的400″造纸机需要大得多的直径的辊，使辊的重量不引起中间辊的下垂。使用的是花冠状补偿的水力、内负载的加热辊。通常使用的表面温度在100-200℃的范围。优选的范围为130-185℃，压区负载介于20fcN/m和300fcN/m之间。
基材和涂层通过包括浸渍方法的任何传统涂层应用方法彼此接触。涂覆涂层的优选方法是使用具有一个或多个段的串联涂布方法。所述涂布段可以是造纸领域公知的任何已知涂布方法，例如，刷涂、棒涂、气刀涂布、喷涂、幕式涂布、刮刀涂布、中间导纸辊涂布、逆转辊涂布和/或铸涂，以及任何上述方法的组合。
涂布基材可以在干燥区干燥。任何造纸领域公知的干燥方法都可以使用。所述干燥区可以包括及含有IR、空气冲击干燥机和/或蒸气加热干燥罐、或其它涂料领域已知的干燥方法和机械装置。
可以根据任何造纸领域公知的磨光方法将所述涂层基体磨光。这种磨光方法的实例，包括一个或多个磨光站，包括光泽压光机、软压区压光机和/或延伸压区压光区。
这些上面提到的制造本发明的组合物、颗粒和/或纸基材的方法可以加入任何传统的造纸方法及转换方法中，包括研磨、砂磨、切条、折曲(scoring)、打孔、打火、压光、纸张磨光(sheet finishing)、转换、涂布、层压、印刷等。优选的传统方法包括修整后用于生产纸基材的方法，所述纸基材可以用作涂布和/或未涂布的纸产品、板和/或基材。
所述基材也可以包括其它传统添加剂，例如，淀粉、矿物和聚合物填充剂、施胶剂、助留剂和增强聚合物。可以使用的填充剂中是有机和无机颜料，例如，矿物质如碳酸钙、高岭土和滑石及膨胀的和可膨胀微球。其它的传统添加剂非限制性地包括湿强度树脂、内部施胶剂、干强度树脂、明矾、填充剂、颜料和染料。
本发明的可膨胀微球、组合物、颗粒和/或纸基材可以用于使用纸和/或纸板基材领域中公知的任何和所有的最终用途。这种最终用途包括纸和/或纸板包装和/或制品的生产，包括那些在各自基材中要求高和低基重的上述产品，分别从信封和格式纸(form)到折叠纸盒。另外，最终产品、制品和/或包装可以具有多个纸基材层，例如瓦楞结构，其中至少一层含有本发明的可膨胀微球、组合物、颗粒和/或纸基材。
在一个实施方案中，所述制品含有多个纸基材，其中任何和/或全部包含可本发明的可膨胀微球、组合物、颗粒和/或纸基材。
在该具体的实施方案中，可膨胀微球、组合物和/或颗粒是用于使纸制品和基材膨胀(bulking)的手段。但是，在该实施方案中，可以使用任何膨胀手段，但本发明的可膨胀微球、组合物、颗粒和/或纸基材为优选的膨胀手段。另外，在本发明的制品/包装/基材中可以使用多种膨胀手段。
其它备选的膨胀手段的实例可以不限制性地是表面活性剂、Reactopaque、预膨胀球体、BCTMP(漂白的化学-热机械纸浆)、磨光和用于在纸或纸板基材中产生I-Beam型标结构的多层结构。这种膨胀手段当加入或涂覆到纸基材时，在不存在苛刻压光条件的情况下(即，在每个压光手段单一压区和/或较少压区的压力)，可提供优等印刷质量、卡规厚度、基重等，但是能够使制品包含具有低于物理规范和性能特性的纸基材。
当这种膨胀手段是添加剂时，根据本发明的该实施方案的制品可以含有的膨胀手段为0.01-20、优选0.5-10磅/吨产品。当这种膨胀手段是添加剂时，所述膨胀手段可以以0.01、0.05、0.1、0.25、0.5、0.75、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20磅/吨产品存在。
当所述制品是信封和/或格式纸时，根据本发明的该实施方案的制品可以含有本发明的纸基材，其卡规厚度为3.5-8密耳，更优选4.2-6.0密耳，并且最优选为4.9-5.2密耳。
当所述制品是信封和/或格式纸时，根据本发明的该实施方案的制品可以含有本发明的纸基材，其基重为12-30磅/1300平方英尺，优选为16-24磅/1300平方英尺，最优选为16-22磅/1300平方英尺。
当所述制品是信封和/或格式纸时，根据本发明的该实施方案的制品可以含有本发明的纸基材，其密度为每0.01英寸厚3.0-7.0、优选为3.5-5.0、最优选3.75-4.25磅/1300平方英尺。
当所述制品是信封和/或格式纸时，根据本发明的实施方案的制品可以含有本发明的纸基材，其MD Gurley挺度小于或等于500msf，优选为150-500msf，更优选225-325msf。MD Gurley挺度必须充分以足够提供标准转化手段，优选那些在信封和格式纸制造领域中公知的转化手段。
当所述制品是信封和/或格式纸时，根据本发明的该实施方案的制品可以含有本发明的纸基材，其CD Gurley挺度小于或等于250msf，优选为50-250msf，更优选100-200msf。CD Gurley挺度必须充分以足够提供标准转化手段，优选那些在信封和表格制造领域中公知的转化手段。
当所述制品是信封和/或格式纸时，根据本发明的该实施方案的制品可以含有本发明的纸基材，其Sheffield平滑度为小于350 SU，优选为150-300 SU，最优选175-275 SU。
当所述制品是信封和/或格式纸时，根据本发明的该实施方案的制品可以是多层的，并且包含至少一层含有本发明的可膨胀微球、组合物、颗粒和/或纸基材，其中该层的宽度为1-15英寸，长度宽度为1-15英寸。所述宽度可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14和15英寸，包括其中任何数值及所有范围和子范围。所述宽度可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14和15英寸，包括其中任何数值及所有范围和子范围。
根据本发明的制品可以含有多个层，所述层含有本发明的可膨胀微球、组合物、颗粒和/或纸基材，其中这些层可以连续，也可以不连续。
根据本发明的制品的实例可以是信封行业中通常已知的任何标准尺寸和形状的信封。另外，所述制品可以为含有多个格式纸的信封。本发明的信封优选含有具有膨胀手段的纸基材，优选膨胀手段为本发明的可膨胀微球、组合物、颗粒。
优选地，根据本发明的制品含有多个由具有膨胀手段的纸基材制成的格式纸，优选膨胀手段为本发明的可膨胀微球、组合物、颗粒。
最优选地，所述制品是由具有膨胀手段的纸基材制成的信封和多个格式纸，优选膨胀手段为本发明的可膨胀微球、组合物、颗粒。
特别优选地，本发明的制品含有多个格式纸，比含有的基材上不施用上面提到的膨胀手段的制品至少多一个格式纸。本发明的制品具有至少一个层(连续或不连续)，该层含有其上施用有上面提到的膨胀手段的基材。最优选的膨胀手段是制品的至少一个层所含有的基材上施用可膨胀微球、组合物和/或颗粒的膨胀手段。另外，所述制品的一层可以是格式纸。
本发明的包装物的平均重量等于或小于1盎司，优选小于1盎司。本发明的包装物具有一个或多个层，并且其重量与1盎司的差的绝对值大于具有相同层数的传统包装的重量与1盎司的差的绝对值。因此，在保持包装物的总重量小于1盎司的同时，本发明的包装物中可以含有比传统包装物更多的层。
本发明的包装物的平均重量等于或小于1盎司，优选小于1盎司。本发明的包装物具有一个或多个层，并且其重量与100盎司的差的绝对值大于具有相同层数的传统包装的重量与100盎司的差的绝对值。因此，在保持包装的总重量小于1盎司的同时，在本发明的包装物中可以含有比传统包装物更多的层。
借助于以下实施方案的实例，下面详细解释本发明，这些实例不以任何方式限制本发明的范围。
实施例
实施例1：含有可膨胀微球的涂布纸基材
使用正常的造纸方法制备用于例如折叠纸盒的涂布纸基材。所述纸基材在10psi压力下压光，然后用传统的涂层方法向其上涂覆传统涂层。向基材上涂覆涂层后，对印刷墨斑进行视觉测量和用更加灵敏和客观的标准方法(扫描)测量。可以将来自该第二青色扫描墨斑系统的数据与主观视觉感知(使用0-10准则)相互关联，或者可以用下面公式将其转变为由Tobias Associates的Tobias墨斑检测器测量的等价墨斑值。
Tobias＝扫描墨斑*8.8+188
描述步骤的方法和上述公式建立的细节可以在2004年9月20日提交的美国专利申请10/945,306号中找到，其全部内容通过引用结合在此。然后，在随后的试验中，向上述传统方法中引入可膨胀微球，以制备出具有基于基材的总重量1重量％和2重量％的可膨胀微球的纸。使用压光压力均值等于10和20psi分别进行两批试验。结果各自显示在表1中。
表1中的结果明确表明，那些含有可膨胀微球的基材涂布后，由第二青色扫描墨斑系统测量的印刷墨斑明显改善。
实施例2.含有可膨胀微球的其它涂布纸基材
使用正常的造纸方法制备用于例如折叠纸盒的涂布纸基材。向基材上涂覆涂层后，对印刷墨斑进行视觉测量和用更加灵敏和客观的标准方法(扫描)测量，也测量其它特性(显示在表2中)。然后，在随后的试验中，以10、5、2和1磅/吨的量向上述传统方法中引入可膨胀微球，以制备出含有可膨胀微球的纸。结果各自显示在表2中。另外，图1所示表明第二青色扫描半点与加入造纸过程的可膨胀微球的量有关。对照试验1和2不向造纸过程中加入可膨胀微球。
表1
印刷编号   样品鉴定 压光压力   可膨胀微球重量％ 印模设置 印刷指令 大概的卡规厚度 压力下的卡规厚度   第二青色墨斑   第六青色墨斑   组织   评注
扫描仪 视觉 扫描仪 视觉
  01   12A Low pll   10psi   1％   20-pt   20-5   20.2   20.0   9.1   4.0   4.4   1.5   4.0
  02   12A High pll   25psi   1％   20-pt   20-2   18.8   20.0   8.3   4.0   4.8   2.0   4.0
  03   11A Low pll   10psi   2％   20-pt   22-3   21.6   21.5   7.6   5.0   4.0   2.0   4.0
  04   11A High pll   25psi   2％   20-pt   22-2   20.7   21.0   5.7   4.0   4.9   2.0   4.0
05 10C Low pll 10psi 0％ 20-pt 20-3 18.8 20.0 10.1 5.0 4.7 2.0 4.0   对照试验
06 10C High pll 25psi 0％ 20-pt 20-4 18.3 20.0 9.9 5.0 5.3 2.0 4.0   对照试验
印刷墨斑                                                                      扫描印刷墨斑    视觉印刷墨斑和组织程度
在2”×2”(5×5cm)上没有含水套印涂层的印刷墨斑在0.0(优异)-10.0的范围。        0.-3.9          1.0-1.9＝优异，高于市场标准
视觉墨斑在3”×16”(15×40cm)区域上最差，大多是套印涂布。                     4.0-5.9         2.0-2.9＝好，市场标准
套印涂布在大多数纸张上可以使扫描墨斑变差1.0。                                 6.0-7.9         3.0-3.9＝一般，低于市场标准
KCMY套印的组织评级为1.0-5.0。                                                 8.0-9.9         4.0-4.9＝差，根据所印刷的工作可能被废弃
                                                                              10.0+           5.0+＝废品
表2试验结果
对照1(预试验) 试验1(5磅/吨) 试验1(10磅/吨) 对照2(预试验) 试验2(1磅/吨) 试验2(2磅/吨)
Expancel用量 0 5 10 0 1 2
基重 255 237.4 225.6 255.1 251.2 247
卡规厚度 23.8 24.1 23.7 24.0 23.8 24.0
Sheffield(WS) 27.4 9.2 9 22.7 21.5 13.0
PPS10 1.01 1.5 1.55 1.47 1.48 1.42
GM挺度 325 284 249 336 309 309
内结合 80 72.7 68 74 76 81
印刷墨斑(第二青色) 2.6 2.17 2.1 3.67 2.87 2.7
基重减小(％) 6.0 11.5 1.53 3.18
Figure A20068000789500451
通过后铝化的表面电荷反转
改进的方法用阳离子胶体氧化铝(导致阴离子表面电荷反转)覆盖标准可膨胀颗粒：制备氧化铝胶体的悬浮体
28％固体，pH＝4.5)
在剧烈搅拌下向氧化铝悬浮体中加入处理后的颗粒(40％浆料)，以保持颗粒分散；继续混合1小时
用大量水洗涤颗粒并使用真空过滤
TD.e.(℃) To.s.(℃) 膨胀(mL) ζ电势(mV)
处理后 75 101 7.8 Avg＝-70.3；SD＝1.5
渗铝后 78 106 8.4 Avg＝+30.2；SD＝2.4
有效制备了阳离子表面电荷
试验
·X-100的电荷改性
-PEI吸附
-电荷反转过程中浆料中颗粒的视觉观察
-吸附的PEI的测量
-ζ电势的测量
·助留分析
-Britt Jar
-未保留的X-100的测量(GC中的异丁烷)
·膨胀松厚形成(bulk development)
-对照和电荷改性颗粒的Williams纸张
·系统电荷测量
-未吸附的PEI和电荷改性的X-100对流浆箱电荷的效果的量化
试验
·X-100的电荷改性
-材料
低分子量PEI(25,000)&高分子量PEI(750,000)642 SLX80
X-100/PEI的比率在4-40之间变化
-方法
混合时间1-4小时
视觉观察不相容性
将PEI、X-100混合物离心分离并洗涤以除去过量PEI
Figure A20068000789500481
吸附条件
    条件     PEI     X-100/PEl比率     混合时间(小时)     观察
    1     无无     无
    2A     低分子量     4.00     1     平滑混合物
    2B     低分子量     4.00     4     平滑混合物
3A 低分子量 10.00 1     最初的絮状物变为平滑混合物
3B 低分子量 10.00 4     最初的絮状物变为平滑混合物
4A 低分子量 20.00 1     最初的絮状物变为平滑混合物
4B 低分子量 20.00 4     最初的絮状物仍然为凝结状
    9     高分子量     40.00     1     平滑混合物
如全部申请中所述，范围是用来描述每一个或各个范围内的值、并包括其中所有子范围的简单方法。
根据上述教导，本发明可能有无数种改进或变化。因此应当理解，在随附的权利要求的范围内，本发明可以以不同于这里具体描述的那样来实施。
所有参考文献，以及其中引用的参考文献，其中与本发明相关的部分和所有的实施方案都通过引用结合在此。

Claims (39)

1.一种组合物，其包含：
至少一种可膨胀微球，和
至少一种离子化合物，
其中所述组合物在离子强度为10-6M-0.1M、pH约为9.0或更小时的ζ电势为大于或等于0mV。
2.权利要求1的组合物，其中所述ζ电势大于0mV。
3.权利要求1的组合物，其中所述ζ电势在大于0到+150mV的范围。
4.权利要求1的组合物，其中所述ζ电势在大于+20到+130mV的范围。
5.权利要求1的组合物，其中所述离子化合物是选自以下组中的至少一种化合物：有机和无机离子化合物。
6.权利要求1的组合物，其中所述离子化合物是至少一种聚有机化合物。
7.权利要求1的组合物，其中所述离子化合物是至少一种聚胺化合物。
8.权利要求1的组合物，其中所述离子化合物是交联的、支化的、或其组合。
9.权利要求1的组合物，其中所述离子化合物是至少一种聚乙烯亚胺化合物。
10.权利要求1的组合物，其中所述离子化合物是分子量为至少600的重均分子量的至少一种聚乙烯亚胺化合物。
11.权利要求1的组合物，其中所述离子化合物是分子量为600-40,000的重均分子量的至少一种聚乙烯亚胺化合物。
12.权利要求1的组合物，其中所述离子化合物是阳离子的。
13.权利要求1的组合物，其中所述离子化合物包含选自以下组中的至少一种组分：氧化铝和二氧化硅。
14.权利要求1的组合物，其中所述离子化合物包含胶体，该胶体包含选自以下组中的至少一种组分：二氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化锆、氧化锑、氧化铁和稀土金属氧化物。
15.权利要求1的组合物，其中所述离子化合物包含溶胶，该溶胶包含选自以下组中的至少一种组分：二氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化锆、氧化锑、氧化铁和稀土金属氧化物。
16.权利要求1的组合物，其中所述组合物是颗粒。
17.权利要求16的组合物，其中所述至少一种可膨胀微球的外表面与离子化合物结合。
18.权利要求16的组合物，其中所述至少一种可膨胀微球的外表面与离子化合物非共价结合。
19.权利要求16的颗粒，其中所述至少一种可膨胀微球的外表面是阴离子的。
20.权利要求16的颗粒，其中所述离子化合物是阳离子的。
20.一种制备权利要求1的组合物的方法，其包括：
使所述至少一种可膨胀微球与所述至少一种离子化合物接触以形成混合物。
21.权利要求20的方法，其还包括：
将所述混合物离心，以形成包含至少一种离子化合物的第一相和包含所述颗粒的第二相。
22.一种制备权利要求1的组合物的方法，其包括：
将至少一种离子化合物吸附到至少一种可膨胀微球上。
23.权利要求1的组合物，其还包括多种纤维素纤维。
24.权利要求23的组合物，其中所述至少一种可膨胀微球的外表面与离子化合物结合。
25.权利要求23的组合物，其中所述至少一种可膨胀微球的外表面与离子化合物非共价结合。
26.一种制备权利要求23的组合物的方法，其包括：
使所述至少一种可膨胀微球与所述至少一种离子化合物接触以形成颗粒，以及
使所述颗粒与所述多种纤维素纤维接触。
27.一种制备权利要求23的组合物的方法，其包括：
使所述至少一种可膨胀微球与所述至少一种离子化合物接触以形成颗粒；以及
将所述颗粒注入包含多种纤维素纤维的溶液中。
28.一种纸或纸板基材，其包含：
多种纤维素纤维；
0.1-5重量％的许多可膨胀微球；其中所述基材用TAPPI测试方法T538om-1测得的Sheffield平滑度为小于250 SU；并且
扫描第二青色印刷墨斑为不大于6。
29.权利要求28的基材，其中所述可膨胀微球的外表面与离子化合物结合。
30.权利要求28的基材，其包含0.1-3重量％的许多可膨胀微球。
31.权利要求28的基材，其包含0.1-2重量％的许多可膨胀微球。
32.权利要求28的基材，其还包括至少一个涂层。
33.权利要求28的基材，其中所述涂层包含至少一个表涂层和至少一个底涂层。
34.权利要求28的基材，其中用TAPPI测试方法T 538om-1测得的Sheffield平滑度小于250 SU，并且在压光所述基材后测得的扫描印刷墨斑为小于6。
35.权利要求28的基材，其中所述基材由TAPPI测试方法T 555om-99测得的Parker印刷表面平滑度为1.0-0.5。
36.一种包含权利要求28的基材的制品。
37.权利要求33的制品，其中所述制品是折叠纸盒。
38.一种制品，其包括：
至少一个纸或纸板基材，其中至少一个基材包含纤维素纤维网和膨胀剂；其中所述制品的重量等于或小于1盎司；并且其中所述制品的重量与1盎司的差的绝对值大于具有相同层数的传统包装物的重量与1盎司的差的绝对值。
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