NO142268B

NO142268B - PROCEDURE FOR FINISH TREATMENT OF A PAPER COVER

Info

Publication number: NO142268B
Application number: NO740376A
Authority: NO
Inventors: Jay Henry Vreeland
Original assignee: Scott Paper Co
Priority date: 1973-02-12
Filing date: 1974-02-05
Publication date: 1980-04-14
Also published as: JPS49110906A; NL7401852A; NO142268C; IT1002904B; ES423166A1; FR2217475A1; NO740376L; FR2217475B1; US3873345A; SE413153B; FI57799C; GB1466698A; JPS537964B2; DE2406795A1; CA1044538A; AT348328B; BE810823A; DE2406795B2; FI57799B; ATA107974A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å finish-behandle papir i oppvarmet kalandreringsapparatur ved anvendelse av bestrykningsmasse som omfatter pigment og bindemiddel, idet bindemidlet i alt vesentlig består av polymerlateks. Ved denne behandling får man papir med høy glans. The present invention relates to a method for finishing paper in heated calendering equipment using a coating compound comprising pigment and binder, the binder essentially consisting of polymer latex. This treatment produces paper with a high gloss.

Bestrøket papir med høy glans kan fremstilles ved påføring av en vandig bestrykningsmasse som inneholder pigment og termoplastisk bindemiddel, hvoretter glans utvikles i det bestrøkne papir ved hjelp av varmekalandrering, f.eks. superkalandrering eller glanskalandrering. En superkalander består av en rekke valser som avvekslende er stålvalser og elastiske mot-trykksvalser, med midler for oppvarmning av stålvalsene eller oppvarmning som utvikles på grunn av friksjon. Vanligvis tres papirbanen gjennom valserekken og omhyller således mesteparten av den oppvarmede valses omkrets. Alternativt kan papirbanen føres direkte gjennom nippet som dannes av den oppvarmede valse og mottrykksvalsen ved hjelp av ledevalser. Anvendelsen av superkalander omfatter relativt høye nipptrykk, i alminnelighet i området 178-356 kg pr. lineær cm og vanligvis 214-286 pr. lineær cm. Temperaturen på stålvalsene er vanligvis 60-82°C. Mens superkalandreringen har den ulempe at man får en komprimering av den bestrøkne papirhane og at banen blir tettere under kalandreringen, har den fordelen av større hastighet og lavere omkostninger på utstyr sammenlignet med glanskalandrering som nesten utelukkende gjøres samtidig med bestrykningen. Coated paper with high gloss can be produced by applying an aqueous coating composition containing pigment and thermoplastic binder, after which gloss is developed in the coated paper by heat calendering, e.g. super calendering or gloss calendering. A super calender consists of a number of rollers which alternately are steel rollers and elastic counter-pressure rollers, with means for heating the steel rollers or heating that develops due to friction. Usually the paper web is threaded through the row of rollers and thus envelops most of the circumference of the heated roller. Alternatively, the paper web can be fed directly through the nip formed by the heated roller and the counter pressure roller by means of guide rollers. The use of super calenders includes relatively high nip pressures, generally in the range of 178-356 kg per linear cm and usually 214-286 per linear cm. The temperature of the steel rolls is usually 60-82°C. While the super calendering has the disadvantage that you get a compression of the coated paper tap and that the web becomes denser during the calendering, it has the advantage of greater speed and lower equipment costs compared to gloss calendering which is almost exclusively done at the same time as the coating.

Metoden for finish-behandling av bestrøket papir The method of finish treatment of coated paper

ved hjelp av varmkalandrering er kjent som "glanskalandrering" using hot calendering is known as "gloss calendering"

og omfatter tilveiebringelse av en glansfull overflate på papir and includes providing a glossy surface on paper

eller beslektede materialer ved å bringe overflaten av et bestrøket substrat i berøring med en polert finish-sylinder under temperaturbetingelser som er tilstrekkelige til å gi en temporær plastisitetstilstand på overflaten, hvorved man oppnår en høy grad av finish eller glans uten overdreven komprimering av substratet. Denne høyere volumgivning sammenlig- or related materials by contacting the surface of a coated substrate with a polished finish cylinder under temperature conditions sufficient to produce a temporary state of plasticity on the surface whereby a high degree of finish or gloss is obtained without excessive compaction of the substrate. This higher volume provision compared

net med den som kan oppnås ved superkalandrering fører til øket lyshet og opasitet, som er ønskede egenskaper i bestrøket trykk-papir, og muliggjør anvendelse av lavere gramvekter for å gi en gitt tykkelse. Ved glanskalandrering av papir påføres en vandig bestrykningsmasse på papirbanen, banen kalandreres i nippet som dannes mellom en glanskalandervalse og den elastiske mottrykks-valse, og papirbanen fjernes fra kontakt med valsen idet den forlater nippet. Trykkbetingelsene i glanskalandernippet er vanligvis lavere enn i superkalanderen, f.eks. 89-160 kg pr. net with that obtainable by supercalendering leads to increased lightness and opacity, which are desirable properties in coated printing paper, and enables the use of lower gram weights to give a given thickness. When gloss calendering paper, an aqueous coating compound is applied to the paper web, the web is calendered in the nip formed between a gloss calender roller and the elastic counter-pressure roller, and the paper web is removed from contact with the roller as it leaves the nip. The pressure conditions in the gloss calender nip are usually lower than in the super calender, e.g. 89-160 kg per

lineær cm, og temperaturbetingelsene er vanligvis høyere, 135-177°C. linear cm, and the temperature conditions are usually higher, 135-177°C.

Vandige papirbestrykningsmasser består vanligvis av Aqueous paper coating compounds usually consist of

en mineralkomponent, som fortrinnsvis hovedsakelig er clay, men som også kan omfatte andre mineralpigmenter slik som titandioksyd, sinksulfid eller kalsiumkarbonat,og et termoplastisk bindemiddel. Det er i US-patent nr. 3 583 881 foreslått å anvende de såkalte "hårde" polymerer som bindemiddelmateriale i papirbestrykningsmasser for å oppnå høy glans på det bestrøkne papirprodukt. Med "hård" forstås at den termoplastiske polymer har en relativt høy tilsynelatende annen ordens omvandlingspunkt eller infleksjons-temperatur, som vanligvis på bestrykningsområdet kalles glasstemperatur (T ), som man finner ved å tegne Youngs skyvemodul mot temperaturen. a mineral component, which is preferably mainly clay, but which can also include other mineral pigments such as titanium dioxide, zinc sulphide or calcium carbonate, and a thermoplastic binder. It is proposed in US patent no. 3 583 881 to use the so-called "hard" polymers as binder material in paper coating compounds in order to achieve a high gloss on the coated paper product. By "hard" is meant that the thermoplastic polymer has a relatively high apparent second-order transformation point or inflection temperature, which is usually called the glass temperature (T ) in the coating area, which is found by plotting Young's shear modulus against the temperature.

Hver polymer har sin egen "glassovergangstemperatur" Each polymer has its own "glass transition temperature"

(T ), en betegnelse som er velkjent på området og vanligvis anvendes for å definere eller beskrive en temperatur hvor polymeren har fått en tilstrekkelig varmeenergi for molekylær rotasjonsbeve- . geise eller det finner sted en betraktelig torsjonssvingning rundt hovedbindingene i hovedkjeden. Denne betegnelse anvendes også for å definere en "minste filmdannende temperatur" av polymer-lateksene, og over denne er polymerpartiklene i stand til å flyte sammen ved hjelp av overflatespenningen ved fordampning av vann slik at man får en film. I virkeligheten beskriver således beteg- (T ), a designation that is well known in the field and is usually used to define or describe a temperature at which the polymer has acquired sufficient heat energy for molecular rotational movement. geise or a considerable torsional oscillation takes place around the main bonds in the main chain. This designation is also used to define a "minimum film-forming temperature" of the polymer latexes, above which the polymer particles are able to flow together using the surface tension when water evaporates so that a film is obtained. In reality, the term thus describes

nelsen "glassovergangstemperatur" eller "minste filmdannende temperatur" en type innvendig "smelte"-punkt for polymere la-tekser, men ikke en faseforandring, hvor polymeren visuelt er et fast stoff, men på samme tid oppfører seg mer som en viskøs væske i sin evne til å gjennomgå plastisk flyt og elastisk defor-masjon. "Glassovergangstemperaturen" kan anvendes istedenfor "minste filmdannende temperatur" for en polymerlateks. I virkeligheten finner denne "overgang" sted over et smalt temperaturområde snarere enn ved et nøyaktig punkt. nelsen "glass transition temperature" or "minimum film-forming temperature" a type of internal "melting" point for polymeric latexes, but not a phase change, where the polymer is visually a solid but at the same time behaves more like a viscous liquid in its ability to undergo plastic flow and elastic deformation. The "glass transition temperature" can be used instead of "minimum film-forming temperature" for a polymer latex. In reality, this "transition" takes place over a narrow temperature range rather than at a precise point.

Ut fra denne definisjon ser man at dersom T er værelsetemperatur (20 til 25°C) så vil enhver polymer som har en T som er vesentlig høyere enn T, f.eks. 32 oC, være en ikke-filmdanner ved T, mens enhver polymer med en T som er vesentlig under T, f.eks. 16°C, vil være en relativt god filmdanner ved T. På bestrykningsområdet refererer uttrykket "hård" til bindemidler som har en T^ som er vesentlig større enn værelsetemperatur og vanligvis en Tg som ligger over 38°C. Based on this definition, it can be seen that if T is room temperature (20 to 25°C) then any polymer that has a T that is significantly higher than T, e.g. 32 oC, be a non-film former at T, while any polymer with a T significantly below T, e.g. 16°C, will be a relatively good film former at T. In the coating area, the term "hard" refers to binders that have a T^ that is significantly greater than room temperature and usually a Tg that is above 38°C.

I det ovenfor nevnte US-patent nr. 3 583 881 hevdes det at for å hindre klebing av bestrykningsmassen til den varme stål-valse som anvendes ved glanskalandreringen, bør den gjennomsnittliga verdi av T for alle polymerkomponenter i bindemidlet'være minst 4 3 oC. Det hevdes dessuten at tørkingen av bestrykningsmassen ut-føres ved en forhøyet temperatur for å sikre smeltingen av polymeren, idet temperaturen er ca. 20° til 60°C høyere enn T^ av polymeren som er tilsatt i bestrykningsmassen. In the above-mentioned US patent no. 3 583 881 it is claimed that in order to prevent sticking of the coating mass to the hot steel roller used in the gloss calendering, the average value of T for all polymer components in the binder should be at least 4 3 oC. It is also claimed that the drying of the coating mass is carried out at an elevated temperature to ensure the melting of the polymer, the temperature being approx. 20° to 60°C higher than T^ of the polymer added to the coating mass.

Et annet US-patent som er rettet på fremstilling av høyglanspapirer ved å belegge papirer med en bestrykningsmasse som består av et pigment og et "hårdt" bindemiddel, nr. 3 634 298, Another US patent directed to the production of high gloss papers by coating papers with a coating composition consisting of a pigment and a "hard" binder, No. 3,634,298,

gir en teoretisk forklaring på hvorfor "hårde" bindemidler fremmer glansen. Pigmentet orienteres under tørkecyklusen ved hjelp av overflatespenningseffekter som bringer pigmentmatriksen til det minste volum. Dette er også punktet for maksimal orientering og høyeste glans i ubehandlet tilstand. Bindemidlene størkner imid-lertid pigmentet i en tilfeldig orientering såsnart som pigmentbin-ding finner sted, og dette hindrer maksimal orientering og glans før kalandreringen. Denne bindevirkningen begynner når emulsjonen brytes i tørkecyklusen og filmdannelse finner sted. Når en minste filmdannende temperatur økes, økes tiden inntil sammenflytning ved tørkingen, og derved øker det tidsrom hvor orienteringen finner sted. Ifølge dette resonnement er glansen en funksjon av glassovergangstemperaturen . provides a theoretical explanation for why "hard" binders promote gloss. The pigment is oriented during the drying cycle by means of surface tension effects which bring the pigment matrix to the smallest volume. This is also the point of maximum orientation and highest gloss in the untreated state. The binders, however, solidify the pigment in a random orientation as soon as pigment binding takes place, and this prevents maximum orientation and gloss before calendering. This bonding action begins when the emulsion is broken in the drying cycle and film formation takes place. When a minimum film-forming temperature is increased, the time until coalescence during drying is increased, thereby increasing the time period during which the orientation takes place. According to this reasoning, the gloss is a function of the glass transition temperature.

Som det vil fremgå av det følgende er en slik kon-klusjon bare delvis korrekt. Begge de ovenfor nevnte patenter lærer dessuten at bindemidlet flyter sammen under tørkecyklusen for at det skal holde pigmentet på plass. US-patent 3 583 881, spalte 4, linjene 18-22; US-patent 3 634 298, spalte 1, lin- As will be seen from the following, such a conclusion is only partially correct. Both of the above mentioned patents also teach that the binder flows together during the drying cycle in order to hold the pigment in place. US Patent 3,583,881, column 4, lines 18-22; US Patent 3,634,298, column 1, lin-

jene 69-72. jene 69-72.

Ifølge foreliggende oppfinnelse har det vist seg at man ved å ignorere det som tidligere er kjent, nemlig at bindemidlet bør sammensmeltes eller flyte sammen under tørketrinnet, og i ste-det ved forsiktig tørking av den bestrøkne papirhane under T -temperaturen (og således unngå sammenflytning), kan få et meget høyere glansnivå ved påfølgende varmekalandrering. According to the present invention, it has been shown that by ignoring what was previously known, namely that the binder should coalesce or flow together during the drying step, and instead by carefully drying the coated paper tap below the T temperature (and thus avoid coalescence ), can get a much higher gloss level with subsequent heat calendering.

Ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse be-legges en papirhane med en bestrykningsmasse som inneholder et "hårdt" polymert bindemiddel, bestrykningsmassen tørkes ved en temperatur som ligger under den hvor bindemidlet flyter sammen og bestrykningsmassen kalandreres ved en temperatur som er over sammen-flytningstemperaturen. Fordi bindemidlet i bestrykningsmassen ikke er sammensmeltet eller bare delvis sammensmeltet er pigmentene i bestrykningsmassen ikke bundet, og overflaten er således mer formbar og i stand til å gi et meget høyere glansnivå enn dersom den var blitt oppvarmet over T g-temperaturen før banen nådde kalandernippet. In the method according to the present invention, a paper tap is coated with a coating compound containing a "hard" polymeric binder, the coating compound is dried at a temperature below that at which the binder flows together and the coating mass is calendered at a temperature that is above the flow temperature. Because the binder in the coating mass is not fused or only partially fused, the pigments in the coating mass are not bound, and the surface is thus more malleable and able to give a much higher level of gloss than if it had been heated above the T g temperature before the web reached the calender tip.

Det karakteristiske ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at (1) belegget tørkes ved en temperatur under polymerens glassovergangstemperatur T y, og (2) belegget finish-behandles ved i og for seg kjent varmkalandrering ved en temperatur over polymerens glassovergangstemperatur T^. The characteristic of the method according to the invention is that (1) the coating is dried at a temperature below the polymer's glass transition temperature T y , and (2) the coating is finish-treated by hot calendering known per se at a temperature above the polymer's glass transition temperature T^.

Et ytterligere trekk ved foreliggende oppfinnelse er den viktige oppdagelse av forholdet mellom hårdhet og temperatur ved anvendelse av hårde bindemidler. Kurveformen man får når hårdheten tegnes mot temperaturen har vist seg å ha betydning for A further feature of the present invention is the important discovery of the relationship between hardness and temperature when using hard binders. The shape of the curve you get when the hardness is drawn against the temperature has been shown to be important for

hvor lett og hvor effektivt hårde bindemidler fremmer glansen. how easily and how effectively hard binders promote gloss.

Fig. 1 viser et representativt hårdt bindemiddel iføl- Fig. 1 shows a representative hard binder in

ge foreliggende oppfinnelse, kurveformen man får når Shore A-hårdhet tegnes opp mot temperaturen; Fig. 2 viser et representativt bløtt bindemiddel, kurveformen man får når Shore A-hårdhet tegnes mot temperaturen; Fig. 3 viser for et annet hårdt bindemiddel den kurve-form man får når Shore A-hårdhet tegnes mot temperaturen. ge present invention, the shape of the curve obtained when Shore A hardness is plotted against temperature; Fig. 2 shows a representative soft binder, the curve shape obtained when Shore A hardness is plotted against temperature; Fig. 3 shows for another hard binder the curve shape obtained when Shore A hardness is plotted against temperature.

Når det gjelder fig. 1 skal bemerkes at området for As regards fig. 1 should be noted that the area for

Tg er meget kort og stigningen for kurven ved overgangen fra stiv-het til bløtnet er megét bratt. Polymerer som har hårdhet/temperatur -karakteristika som er representert ved kurveformen i fig. 1 Tg is very short and the slope of the curve at the transition from stiffness to softening is very steep. Polymers that have hardness/temperature characteristics that are represented by the curve shape in fig. 1

er foretrukket ved utførelsen av foreliggende oppfinnelse og eksempler er illustrert i eksemplene 1, 2, 4 og 5 i det følgende. Slike polymerer er foretrukne siden de begynner å flyte lettere is preferred in the execution of the present invention and examples are illustrated in examples 1, 2, 4 and 5 below. Such polymers are preferred since they begin to flow more easily

når de bringes i berøring med en oppvarmet finish-overflate og størkner likeledes hurtigere når banen avkjøles etter å ha for- when they are brought into contact with a heated finish surface and likewise solidify more quickly when the track cools after having pre-

latt den finish-givende overflate fordi overgangen tilbake til -sv hårdhet finner sted over et meget snevert temperaturområde. Den- let the finish-giving surface because the transition back to -sv hardness takes place over a very narrow temperature range. It-

ne hurtige tilbakegang til hårdhet gjør at bestrykningsmassen bibeholder den meget blanke overflate eller glans som oppnås i nippet. ne rapid return to hardness means that the coating compound maintains the very glossy surface or gloss that is achieved in the nip.

Fig. 2 viser en bløt polymer, slik som illustrert i eksempel 3 nedenfor, som har en T^ under temperaturområdet vist i figuren. I det viste temperaturområde utviser kurven bare flathetskarakteristikken til polymerens, hårdhet/temperatur-for- Fig. 2 shows a soft polymer, as illustrated in example 3 below, which has a T^ below the temperature range shown in the figure. In the temperature range shown, the curve only exhibits the flatness characteristic of the polymer's hardness/temperature

hold i området på den annen side av T^ av polymeren. Man ser at hårdheten til bindemidlet som er angitt i fig. 1, ved en tilstrekkelig høy temperatur, virkelig faller til under verdier for hold in the region on the other side of T^ of the polymer. It can be seen that the hardness of the binder indicated in fig. 1, at a sufficiently high temperature, really falls below values for

det bløte bindemidlet som er__ angitt, i fig. 2 ved samme temperatur. Det postuleres således at den oppnådde bedre glans med hårde bindemidler skyldes delvis det faktum at disse hårde bindemidler, ved en temperatur over T , faktisk er bløtere enn de bløte bindemid- the soft binder which is__ indicated, in fig. 2 at the same temperature. It is thus postulated that the better gloss obtained with hard binders is partly due to the fact that these hard binders, at a temperature above T, are actually softer than the soft binders.

ler og av denne grunn gir bedre resultater selvom de flyter sam- and for this reason give better results even if they flow together

men eller sammensmeltes før finish-behandlingen. but or merged before the finish treatment.

Når det gjelder bindemidlet i fig. 3, mens området av In the case of the binder in fig. 3, while the area of

T er meget kort og stigningen for kurven i overgangsområdet er meget bratt, er forandring i hårdhet mindre enn det som er vist i fig. 1. Kurven i fig. 3 viser at selvom denne polymer er i sin "bløte" tilstand, er den ikke så lett formbar som polymeren i fig. 1. Materialtypen som er representert ved kurven i fig. 3 er således mindre foretrukket for anvendelse ved foreliggende oppfinnelse enn den som er vist i fig. 1, idet materialet er hårdere ved finish-temperaturen og således er mindre lett formbart. T is very short and the slope of the curve in the transition region is very steep, the change in hardness is less than that shown in fig. 1. The curve in fig. 3 shows that although this polymer is in its "soft" state, it is not as easily moldable as the polymer in fig. 1. The type of material represented by the curve in fig. 3 is thus less preferred for use in the present invention than the one shown in fig. 1, in that the material is harder at the finish temperature and is thus less easily mouldable.

Mens kurvene som er vist i fig. 1 til 3 beskriver polymeren selv, kan hårdhet/temperatur-karakteristika for en blanding som inneholder pigment og bindemiddel også måles. Formen av den resulterende kurve kan korreleres med den glans man oppnår ved anvendelsen av bestrykningsmassen. While the curves shown in fig. 1 to 3 describe the polymer itself, the hardness/temperature characteristics of a mixture containing pigment and binder can also be measured. The shape of the resulting curve can be correlated with the gloss achieved by the application of the coating compound.

Kjernen ved foreliggende oppdagelse er at effektivi-teten av et hårdt bindemiddel når det gjelder å fremstille høy glans i forbindelse med papirbestrykningsmasser ikke bare er en funksjon av den kjemiske sammensetning av bindemidlet eller av dets glasstemperatur, men primært av skarpheten og bredden overgangen i hårdhet ved T , glasstemperaturen. De foretrukne bindemidler for anvendelse i foreliggende oppfinnelse er hårde ved temperaturer under T og meget bløte ved temperaturer over The core of the present discovery is that the effectiveness of a hard binder when it comes to producing high gloss in connection with paper coating compounds is not only a function of the chemical composition of the binder or of its glass transition temperature, but primarily of the sharpness and width of the transition in hardness at T , the glass temperature. The preferred binders for use in the present invention are hard at temperatures below T and very soft at temperatures above

T . T .

g g

Ifølge foreliggende oppfinnelse påføres en vandig bestrykningsmasse som består av papirbestrykningspigment i et bindemiddel som hovedsakelig består av en polymerlateks som har en T som er større enn 38°C til en papirbane og tørkes under slike betingelser at temperaturen av bestrykningsoverflaten hol-der seg under T og den bestrøkne papirbane finish-behandles ved en temperatur over T^. Som det vil fremgå kan According to the present invention, an aqueous coating composition consisting of paper coating pigment in a binder consisting mainly of a polymer latex having a T greater than 38°C is applied to a paper web and dried under such conditions that the temperature of the coating surface remains below T and the coated paper web is finish-treated at a temperature above T^. As it will appear can

luften som anvendes for å tørke bestrykningsmassen oppvarmes til en temperatur som er vesentlig over T . Selvom fenomenet ikke er ålment kjent så har man funnet at den virkelige overflatetempe-ratur av en papirbane under tørkingen, f.eks. i en lufttørker med høye hastigheter, er ca. 38°C under temperaturen av luften som sirkulerer i tørkeren. Forklaringen på denne temperaturdifferan- the air used to dry the coating mass is heated to a temperature significantly above T . Although the phenomenon is not widely known, it has been found that the real surface temperature of a paper web during drying, e.g. in an air dryer with high speeds, is approx. 38°C below the temperature of the air circulating in the dryer. The explanation for this temperature differential

se er at bestrykningsmassen avkjøles ved fordampning av vann, "for-dampningskjøling". Temperaturen på overflaten av banen nærmer seg ikke temperaturen av sirkulasjonsluften før hovedsakelig all fuktighet er fordampet fra den bestrøkne bane. Som fagmannen vil forstå bør ikke den bestrøkne bane reduseres til en slik grad av tørrhet for å bli kalandrert. Det vil således fremgå at hurtig tørking kan oppnås ved å anvende meget varm luft, og allikevel kan tørkingen utføres i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, dvs. see is that the coating mass is cooled by evaporation of water, "pre-evaporation cooling". The temperature of the surface of the web does not approach the temperature of the circulating air until substantially all moisture has evaporated from the coated web. As the person skilled in the art will understand, the coated web should not be reduced to such a degree of dryness to be calendered. It will thus appear that rapid drying can be achieved by using very hot air, and yet the drying can be carried out in accordance with the present invention, i.e.

ved en temperatur under T y ved å fjerne den bestrøkne bane fra at a temperature below T y by removing the coated web from

tørkeinnretningen før fordampningskjølingen har opphørt. the drying device before evaporative cooling has ceased.

Uttrykket "i alt vesentlig består av" som anvendes indikerer at bindemidlet er av den hårde, termoplastiske typen. Bindemiddelkomponenten kan inneholde en mindre mengde av bindemiddel som er forskjellig fra den hårde, termoplastiske typen, for-utsatt at mengden er mindre enn den som er nødvendig for å binde pigmentet. Denne nødvendige mengde er vanligvis mindre enn 5 % basert på 100 deler pigment, men kan variere avhengig av mengden av bindemiddel som absorberes av papirbanen. Dersom det anvendes en mengde av bløt polymer som er tilstrekkelig for å binde pigmentet vil en ikke oppnå maksimal glans. The expression "essentially consists of" used indicates that the binder is of the hard, thermoplastic type. The binder component may contain a smaller amount of binder different from the hard, thermoplastic type, provided that the amount is less than that required to bind the pigment. This required amount is usually less than 5% based on 100 parts pigment, but may vary depending on the amount of binder absorbed by the paper web. If an amount of soft polymer is used that is sufficient to bind the pigment, maximum gloss will not be achieved.

Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er utviklingen A further feature of the invention is the development

av en rekke særegne og ønskelige trekk ved det finish-behandlede belegg. Det antas at den resulterende filmstruktur som fremstil- of a number of distinctive and desirable features of the finish-treated coating. It is believed that the resulting film structure that produces

les ifølge oppfinnelsen er forskjellig fra den som fremstilles med de vanlige bløte bindemidler. Den varme finish-behandlingen vil ikke få latekspartiklene til fullstendig å flyte sammen til en fast ugjennomtrengelig film, men heller etterlate hva man kan karakterisere som en "mikroporøs" film hvor latekspartiklene er flytt sammen men danner en semi-kontinuerlig struktur. les according to the invention is different from that produced with the usual soft binders. The hot finish treatment will not cause the latex particles to completely flow together into a solid impermeable film, but rather leave what can be characterized as a "microporous" film where the latex particles have flowed together but form a semi-continuous structure.

En slik film gir, foruten å være sterk nok for å sik- Such a film provides, in addition to being strong enough to ensure

re binding av pigmentet, visse meget ønskelige egneskaper til pa-pirbestrykningsmassene. Én av funksjonene til et bestrøket papir er f.eks. å gi en glatt overflate for den etterfølgende trykking med glansfarver. En nødvendig egenskap av belegget er at det har en finporet struktur som gjør at fargen fikseres via kapillar-virkningen av belegget på fargen eller visse mer mobile deler av dette. Denne oppførsel reduserer tendensen til at trykkbildet smitter av eller overføres til baksiden av det følgende ark som legges ned på brettet når arkene samles opp på trykkpressen. Re-sultatet av foreliggende oppfinnelse er at man får et bestrøket papir med utmerkede "fargefikserende"-egenskaper sammenlignet med konvensjonelle bestrøkne papirer. re binding of the pigment, certain very desirable properties of the paper coating compounds. One of the functions of a coated paper is e.g. to provide a smooth surface for the subsequent printing with gloss colours. A necessary property of the coating is that it has a fine-pored structure which means that the color is fixed via the capillary effect of the coating on the color or certain more mobile parts thereof. This behavior reduces the tendency for the printed image to bleed off or transfer to the back of the following sheet that is placed on the tray when the sheets are collected on the printing press. The result of the present invention is that one obtains a coated paper with excellent "color fixing" properties compared to conventional coated papers.

En annen fordel ved en slik struktur er ved frem-stillingen av papirer for trykking i "web offset". For at et papir skal ha en egnet motstandsdyktighet mot btering må det ha en tilstrekkelig porøsitet slik at fuktigheten i arket kan unn-slippe, når denne drives av ved de høye temperaturer i tørke-innretningene. Foreliggende oppfinnelse resulterer i et produkt som har utmerket motstandsdyktighet mot blæring sammenlignet med et lignende bestrøket papir som er fremstilt ved hjelp av konvensjonelle bløte bindemidler. Another advantage of such a structure is in the production of papers for printing in "web offset". In order for a paper to have a suitable resistance to fading, it must have sufficient porosity so that the moisture in the sheet can escape when it is driven off at the high temperatures in the drying devices. The present invention results in a product that has excellent blister resistance compared to a similar coated paper made using conventional soft binders.

Den tørking som foretas ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, medfører følgende fordeler: I. Man kan anvende bestrykningsmasser med høyere faststoffinnhold enn vanlig (f.eks. 60 % mot vanligvis ikke over 40 %), og det er derfor mindre vann som må fjernes ved tørkingen. II. Man må ikke tørke så hårdt som det må gjøres i henhold til kjente metoder, og det blir derfor kortere oppholdstid i tørkerne. Tørking i ca. 1 eller 2 sekunder kan være nok, mens mange tidligere prosesser bruker 5-60 sekunder. III. Man kan bevare en vesentlig vannmengde i bestrykningsmassen etter tørking da dette er fordel-aktig i glanseoperasjonen. The drying carried out by the method according to the invention entails the following advantages: I. One can use coating compounds with a higher solids content than usual (e.g. 60% against usually no more than 40%), and therefore less water has to be removed during drying. II. One must not dry as hard as it must be done according to known methods, and the residence time in the dryers will therefore be shorter. Drying for approx. 1 or 2 seconds may be enough, while many previous processes take 5-60 seconds. III. You can preserve a significant amount of water in the coating mass after drying, as this is advantageous in the gloss operation.

For å hjelpe fagmannen på området til å utføre foreliggende oppfinnelse foreslås følgende driftsmetoder som eksempler. Råpapiret eller det fiberformede cellulosesubstratet som skal bestrykes ifølge foreliggende oppfinnelse kan være av forskjellige slag avhengig av produktets anvendelse. Det kan være et masselimet eller et overflatelimet råpapir og kan variere i vekt fra lave vekter, slik som magasinpapir, til kartong. Som det vil være klart for fagmannen er det foretrukket å gi et grunnstrøk til overflaten som skal finish-behandles for å gi en finish av høy kvalitet. Sammensetningen av et slikt grunnstrøk, eller hvorvidt det er til stede eller ei, anses ikke som et kritisk trekk ved foreliggende oppfinnelse. To help the person skilled in the field to carry out the present invention, the following operating methods are suggested as examples. The raw paper or the fibrous cellulose substrate to be coated according to the present invention can be of different types depending on the product's application. It can be a pulp-glued or a surface-glued base paper and can vary in weight from light weights, such as magazine paper, to cardboard. As will be clear to those skilled in the art, it is preferred to provide a primer to the surface to be finished to provide a high quality finish. The composition of such a base layer, or whether it is present or not, is not considered a critical feature of the present invention.

Selv om det tidligere er angitt bestrykning av én side av papiret, kan selvfølgelig begge sider være bestrøket om ønsket. Alle vekter er på tørr basis dersom intet annet er angitt. Alle glansavlesninger er utført ved 75° etter TAPPI T-480 ts-65. Although it has previously been stated that one side of the paper should be coated, both sides can of course be coated if desired. All weights are on a dry basis unless otherwise stated. All gloss readings are carried out at 75° according to TAPPI T-480 ts-65.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen. The following examples illustrate the invention.

Eksempel 1 Example 1

Et masselimet papir ble bestrøket med et grunnstrøk på begge sider med en konvensjonell vandig bestrykningsmasse av stivelse og clay på 3,8 g/m 2. A pulp-sized paper was primed on both sides with a conventional aqueous coating of starch and clay at 3.8 g/m 2 .

Det ble så laget en bestrykningsmasse bestående av: A coating mass was then made consisting of:

T = 4 9°C T = 49°C

g g

Tilstrekkelig vann slik at man får en bestrykningsmasse med Sufficient water so that you get a coating material with it

65 % tørrstoff. 65% dry matter.

(<1>)"Gelva E-900" (Monsanto) (<1>)"Gelva E-900" (Monsanto)

Massen påføres med en hastighet på 460 m/min. på én side av den grunnstrøkbehandlede bane ved hjelp av en "flooded-nip trailing-blade"-bestrykningsmaskin med en slik hastighet at man får 10 gram/m 2. Umiddelbart etter påføringen av bestrykningsmassen tørkes den ved føring gjennom en lufthette hvor det sirkulerer varm luft som er oppvarmet til ca. 113°C, med stor hastighet under slike betingelser at temperaturen av bestrykningsmassen, på The compound is applied at a speed of 460 m/min. on one side of the base-coated track using a "flooded-nip trailing-blade" coating machine at such a speed that 10 grams/m 2 is obtained. Immediately after the application of the coating compound, it is dried by passing it through an air hood where hot air circulates air that is heated to approx. 113°C, at high speed under such conditions that the temperature of the coating mass, at

VV

grunn av fordampningsavkjøling, ikke overskrider 40°C. due to evaporative cooling, does not exceed 40°C.

Det tørkede ark føres gjennom fire påfølgende glanskalandernipp med ledevalser som anvendes for å føre banen mellom nippene. Temperaturen på kalandreringsvalsen var 160°C og nipptrykket var ca. 8 929 kg/m. Overflatebelegget hadde en glans på 77 - 78 etter fire nipps glanskalandrering. The dried sheet is passed through four successive gloss calender nips with guide rollers used to guide the web between the nips. The temperature of the calendering roll was 160°C and the nip pressure was approx. 8,929 kg/m. The surface coating had a gloss of 77 - 78 after four nips of gloss calendering.

Dersom det bestrøkne papir i dette eksempel tørkes ved en temperatur over T y , f.eks. 150°C, kondisjoneres ved 45 % relativ fuktighet og finish-behandles som ovenfor er glansavlesningen ca. 10 enheter lavere. If the coated paper in this example is dried at a temperature above T y , e.g. 150°C, conditioned at 45% relative humidity and finish-treated as above, the gloss reading is approx. 10 units lower.

Dersom den bestrøkne og tørkede papirbane i dette eksempel finish-behandles ved superkalandrering istedenfor ved glanskalandrering har overflaten av belegget en glans på 80. Dersom det bestrøkne papir i dette eksempel tørkes ved en temperatur over Tg, f.eks. 150°C, kondisjoneres ved 45 % relativ fuktighet og superkalandreres er glansavlesningen ca. 74. If the coated and dried paper web in this example is finish-treated by super calendering instead of by gloss calendering, the surface of the coating has a gloss of 80. If the coated paper in this example is dried at a temperature above Tg, e.g. 150°C, conditioned at 45% relative humidity and supercalendered, the gloss reading is approx. 74.

Eksempel 2 Example 2

Det ble fremstilt en bestrykningsmasse med den føl-gende sammensetning: A coating compound was produced with the following composition:

T = 50°C T = 50°C

9 9

Tilstrekkelig vann slik at man får en bestrykningsmasse som har 65 % tørrstoff Sufficient water so that you get a coating that has 65% dry matter

(<2>),,XD 3709.08" (Dow Chemical Company) ved 44 % tørrstoff og påføres det grunnstrøkbehandlede papir i eksempel 1 på samme (<2>),,XD 3709.08" (Dow Chemical Company) at 44% solids and applied to the primed paper in Example 1 on the same

måte og i samme mengde som i eksempel 1. Etter påføringen av bestrykningsmassen tørkes papiret og finish-behandles som i eksempel 1. Overflaten av belegget har en glans på 76 etter kalandreringen. manner and in the same quantity as in example 1. After the application of the coating compound, the paper is dried and finish-treated as in example 1. The surface of the coating has a gloss of 76 after calendering.

Dersom det bestrøkne papir i dette eksempel tørkes ved en temperatur over T g, f.eks. 150°C, kondisjoneres og finish-behandles som ovenfor får man en glansavlesning på ca. 10 enheter lavere. If the coated paper in this example is dried at a temperature above T g, e.g. 150°C, conditioned and finish-treated as above, a gloss reading of approx. 10 units lower.

ETfcsempel 3 ETfc example 3

Det ble fremstilt en bestrykningsmasse som har den følgende sammensetning: A coating compound was produced which has the following composition:

i in

Tilstrekkelig vann slik at man får en bestrykningsmasse med et tørrstoffinnhold på 62 % Sufficient water so that a coating mass with a solids content of 62% is obtained

^"620" (Dow Chemical Company) ^ "620" (Dow Chemical Company)

og påføres det grunnstrøkbehandlede papir i eksempel 1 på samme måte og i samme mengde som i eksempel 1. Etter påføringen av bestrykningsmassen ble papiret tørket (over T ) og finish-behandlet som i eksempel 1. Glansen av glanskalandrert papir var 50. and applied to the primer-treated paper in example 1 in the same way and in the same amount as in example 1. After the application of the coating compound, the paper was dried (above T ) and finished-treated as in example 1. The gloss of gloss calendered paper was 50.

Som tidligere påpekt gir foreliggende oppfinnelse et bestrøket papir med utmerkede "fargefikserende"-egenskaper sammenlignet med konvensjonelt bestrøkne papirer. Denne fargefikserende egenskap kan beskrives ved hjelp av en test som ikke er en stan-dardisert test, men som ikke dessto mindre er nyttig for sammenligning og kan beskrives som følger. En foreskrevet mengde av en gitt kommersiell trykkfarve påføres som en jevn film til papiret som skal undersøkes. Ved gitte tidsintervall etter påføringen av farven til papiret trykkes den innfarvede prøve mot den overflate (hvilken sammensetning forblir konstant i hvert intervall) under like betingelser. Tettheten av farven som overføres til overflaten måles optisk og representerer avsmittet mengde. Endepunktet av testen er tidspunktet når tettheten av overført farve når en foreskrevet lav verdi. Tidsrommet mellom påføringen av farvefil-men til papiret som skal undersøkes og når tettheten av avsmittet farve når den akseptable verdi kalles fargefikseringstid ("inkset time"). As previously pointed out, the present invention provides a coated paper with excellent "color fixing" properties compared to conventionally coated papers. This color-fixing property can be described by means of a test which is not a standardized test, but which is nevertheless useful for comparison and can be described as follows. A prescribed quantity of a given commercial ink is applied as a uniform film to the paper to be examined. At given time intervals after the application of the color to the paper, the dyed sample is pressed against the surface (which composition remains constant in each interval) under equal conditions. The density of the color transferred to the surface is measured optically and represents the contaminated quantity. The endpoint of the test is the time when the density of transferred color reaches a prescribed low value. The period of time between the application of color film to the paper to be examined and when the density of smeared color reaches the acceptable value is called color fixation time ("inked time").

Det glanskalandrerte ark som er beskrevet i eksempel The gloss calendered sheet described in Example

1 gir f„eks. en fargefikseringstid på 275 sekunder målt på den ovenfor angitte måte^ mens det glanskalandrerte ark fra eksempel 1 gives e.g. a color fixing time of 275 seconds as measured in the manner indicated above^ while the gloss calendered sheet from Example

3 gir en verdi på 1 075 sekunder. 3 gives a value of 1,075 seconds.

Som angitt ovenfor gir også foreliggende oppfinnelse et produkt med en utmerket motstandsdyktighet mot blæring sammenlignet med papirer som er bestrøket med bestrykningsmasser som inneholder konvensjonelle bløte bindemidler. Motstandsdyktighet mot blæring kan illustreres ved å utføre følgende sammenligning. En jevn film av farve påføres til hver side av arket som skal undersøkes og som har blitt kondisjonert under standardbetingelser for relativ fuktighet og temperatur. For å etterligne betingel-sen i kommersielle trykkpresser for web offset føres det innfarvede ark umiddelbart gjennom en varm ovn for å undersøke tendensen til blæring. Det er muligheter for å regulere overflate-temperaturen av prøven og blæringen bedømmes visuelt. As indicated above, the present invention also provides a product with an excellent resistance to blistering compared to papers coated with coating compositions containing conventional soft binders. Resistance to blistering can be illustrated by performing the following comparison. A uniform film of color is applied to each side of the sheet to be examined and which has been conditioned under standard conditions of relative humidity and temperature. To mimic the conditions in commercial web offset printing presses, the inked sheet is immediately passed through a hot oven to examine the tendency to blister. There are options for regulating the surface temperature of the sample and the blistering is assessed visually.

Det glanskalandrerte ark i eksempel 1 viser f.eks. ingen tendens til blæring når det undersøkes ved en temperatur på 149°C, mens det glanskalandrerte ark i eksempel 3 viser ut-preget blæring ved 142°C. The glossy calendered sheet in example 1 shows e.g. no tendency to blister when examined at a temperature of 149°C, while the gloss calendered sheet in example 3 shows pronounced blistering at 142°C.

Eksempel 4 Example 4

Tilstrekkelig vann for å gi en bestrykningsmasse med et tørr-stoffinnhold på 63 % Sufficient water to give a coating mass with a solids content of 63%

^"B-83" (Rohm & Haas Company)ved 44 % tørrstoff ^"B-83" (Rohm & Haas Company) at 44% solids

og påføres på det grunnstrøkbehandlede papir i eksempel 1 ved hjelp av en "flooded-nip trailing-blade"-bestrykningsmaskin med en hastighet som gir 12. g/, m 2. Etter påføringen av bestrykningsmassen oppdeles papiret i to deler. Én del lufttørkes ved værelsetemperatur natten over og den annen del ovnstØrkes i ett minutt ved 150°C. and is applied to the primer-treated paper in example 1 by means of a "flooded-nip trailing-blade" coating machine at a speed of 12 g/m 2 . After the application of the coating mass, the paper is divided into two parts. One part is air-dried at room temperature overnight and the other part is oven-dried for one minute at 150°C.

Etter tørking blir hver del finish-behandlet ved hjelp av glanskalandrering. Glanskalandreringen består av at man fører det tørre, bestrøkne ark gjennom tre påfølgende glanskalandernipp. Temperaturen på kalandersylinderen var 118°C og nipptrykket var 7 148 kg/m. Overflaten av det lufttørkede belegg hadde en glans på 63 etter kalandreringen og overflaten av det ovnstørrede belegg en glans på 57. After drying, each part is finish-treated by gloss calendering. The gloss calender process consists of passing the dry, coated sheet through three consecutive gloss calender nips. The temperature of the calender cylinder was 118°C and the nip pressure was 7,148 kg/m. The surface of the air-dried coating had a gloss of 63 after calendering and the surface of the oven-dried coating a gloss of 57.

Eksempel 5 Example 5

Det ble fremstilt en bestrykningsmasse med den følgen-de sammensetning: A coating compound with the following composition was produced:

T = 103°C T = 103°C

g g

Nok vann til å gi en bestrykningsmasse med tørrstoff 63 %. Enough water to give a coating mass with a dry matter of 63%.

^"B-85" (Rohm & Haas Company) ^ "B-85" (Rohm & Haas Company)

og påført det grunnstrøkbehandlede papir i eks. 4 på samme måte og i samme mengde som i eks. 4. Etter påføringen av bestrykningsmassen ble papiret tørket og finish-behandlet som i eks. 1. and applied to the primer-treated paper in ex. 4 in the same way and in the same amount as in ex. 4. After the coating compound was applied, the paper was dried and finished as in ex. 1.

Overflaten av det lufttørkede belegg hadde en glans The surface of the air-dried coating had a gloss

på 64 etter kalandreringen og overflaten av det ovnstørkede belegg en glans på 56. of 64 after calendering and the surface of the oven-dried coating a gloss of 56.

Det er klart at andre variasjoner og modifikasjoner It is clear that other variations and modifications

kan gjøres ifølge foreliggende oppfinnelse. For eksempel kan de nye "plastiske" pigmenter, vanligvis polystyrenkuler, an- can be done according to the present invention. For example, the new "plastic" pigments, usually polystyrene beads, can an-

vendes istedenfor mineralpigmenter. are turned instead of mineral pigments.

Claims

1. Procedure for finishing a paper web, which consists in coating the surface of at least one side of the paper web with an aqueous mixture comprising paper coating pigment and a binder which essentially consists of a polymer latex having a glass transition temperature T higher than 38 C, drying and finishing treatment by hot calendering, characterized by :

(1) drying the coating at a temperature below the polymer's glass transition temperature T ;

(2) finish treatment of the coating by heat calendering known per se at a temperature above the polymer's glass transition temperature Tg.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that a binder is used which has a hardness/temperature ratio which is represented by the shape of the curve shown in the accompanying fig. 1.

3. Method as stated in claim 1 or 2, characterized in that a vinyl acetate, styrene/isoprene or acrylic acid polymer latex is used as binder.

4. Method as stated in any of the preceding claims, characterized in that the coating is finish-treated by gloss calendering.

5. Method as stated in any of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the coating is finish-treated by super calendering.