"Procédé de fabrication de papier fin et ce papier".
L'invention concerne le papier fin convenant
à l'impression offset ou en héliogravure, et plus particulièrement un papier fin à forte charge minérale, d'une force de 44,5 à 222,5 g/m<2> et ayant une résistance suffisante
pour pouvoir être imprimé en offset ou en héliogravure.
Le papier fin normal renferme une certaine charge pouvant atteindre, au maximum, environ 30 % de charge minérale. Etant donné que le papier convenant à l'impression offset et en héliogravure doit avoir une résistance suffisante pour supporter l'opération d'impression qui est effectuée à grande vitesse, cette résistance comprenant à
la fois la résistance à la traction et la résistance dans
la direction Z, il est apparu que l'utilisation de grandes quantités de charge minérale ne convient pas. En fait,
le papier fin normal convenant à une impression offset possède une très faible teneur en charge minérale et ce papier est normalement collé en surface après que la feuille continue de papier a séché. L'expression "papier fin" est utilisée dans son sens classique connu dans l'industrie
et elle englobe les blocs-notes, le papier coquille, les macules, les papiers couchés d'impression, les papiers
à texte et couvertures, le papier couché d'édition, le papier à livres, et le papier de coton ; elle n'englobe
pas les produits papetiers dits "à haute résistance".
L'utilisation d'une charge interne lors de la fabrication du papier en général et du papier fin en particulier est pratiquée depuis de nombreuses années
et cette pratique utilise comme charges courantes des matériaux tels que le kaolin, le talc, le bioxyde de titane,
le carbonate de calcium, le silicate d'aluminium hydraté,
la terre de diatomées et d'autres composés minéraux insolubles. L'utilisation d'une charge vise deux objectifs :
l'un est l'allongement des fibres constitutives du papier. afin de réduire le coût, et l'autre est l'obtention de certaines caractéristiques optiques et physiques telles
que la blancheur et l'opacité. Dans la fabrication du
papier fin, des charges sont normalement ajoutées à raison de 4-20 % en poids du papier fini, les charges atteignant rarement 30 % en Europe et 25 % aux Etats-Unis d'Amérique. La fabrication du papier fin dépend en partie de la fixation de l'hydrogène et un problème qui apparaît lorsqu'on utilise plus de 20 % de charge dans la fabrication du papier fin est qu'une trop grande quantité de charge atténue la fixation d'hydrogène et entraîne une perte de
la résistance de la feuille continue. Lorsqu'on utilise des méthodes d'application externe, telles que l'enduction d'un mélange pigment/adhésif à la presse encolleuse ou à
la coucheuse, la teneur totale de la charge peut être aisément augmentée. Du papier fin contenant jusqu'à 30 % de charges au maximum est normalement obtenu par addition
de 6,5-9 kg d'amidon cationique ou de 0,5-2,5 kg de gomme guar, comme agents internes normaux de renforcement, par tonne de composition sèche de fabrication. Des latex sont parfois utilisés dans la fabrication du papier, comme indiqué ci-après, mais non dans la fabrication du papier fin, car ils sont normalement collants et difficiles à utiliser sur une machine de Fourdrinier pour la fabrication de papier fin à grande vitesse.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 3 184 373 décrit la production de papier contenant de la fibre minérale en quantité supérieure aux quantités normales. Cependant, les caractéristiques du papier obtenu ne sont pas mentionnées. Ce procédé utilise ce qui est appelé un mélange synergique d'auxiliaires de retenue de la charge, comprenant une matière mucilagineuse hydrosoluble telle que de la gomme guar, et une résine polyéthylène-imine hydrosoluble. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique
N[deg.] 2 943 013 porte sur un procédé analogue, mais il spécifie que le papier obtenu est destiné à être utilisé pour la fabrication de papiers contrecollés décoratifs, c'est-àdire n'exigeant pas la grande résistance nécessaire aux papiers fins pour permettre leur impression en offset.
Il est bien connu, dans l'industrie du papier, que l'addition d'un latex anionique à la partie humide d'une machine à papier, combinée à une substance chimique à charge cationique telle que de l'alun, provoque une précipitation du latex en présence de fibres constitutives du papier et de charges, ce qui entraîne un accroissement de la résistance du papier. Ce procédé est normalement utilisé dans la fabrication de certains produits dits
"à haute résistance" tels que des matériaux pour joints,
du carton saturé, du feutre pour toitures, du feutre pour planchers, etc. Aucune technique analogue n'a été suggérée jusqu'à présent pour la fabrication de papiers fins contenant des quantités de charge minérale supérieures à la normale.
Un certain nombre de brevets antérieurs décrivent l'idée générale selon laquelle un latex chargé peut être ajouté à la composition de fabrication du papier. Etant donné la réaction électrochimique de base d'un système anionique de fabrication du papier, un latex cationique précipite aisément et accroît la liaison des fibres et, par conséquent, la résistance du papier résultant. Ces brevets concernent principalement les papiers dits "à haute résistance" qui sont largement dépourvus de charges, ou, au mieux, ne contiennent que de très faibles quantités de charges ou de pigments. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 178 205 décrit l'utilisation d'un latex cationique, mais un pigment n'est pas essentiel. De même,
le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 187 142 décrit l'utilisation d'un polymère anionique utilisé en co-addition avec un latex cationique, avec l'utilisation d'une quantité suffisante de latex pour rendre cationique l'ensemble du système de fabrication de papier ; l'utilisation de charges n'est mentionnée dans aucun exemple. Le brevet des EtatsUnis d'Amérique N[deg.] 4 189 345 décrit l'utilisation de latex cationique à des niveaux extrêmement élevés.
Il a été proposé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 225 383, pour la fabrication de produit papetier relativement épais, de même que pour la fabrication de papiers feutres de toiture et de plancher, d'utiliser l'association d'un polymère cationique et d'un latex anionique, et d'importantes quantités de charge minérale.
Cependant, de même que précédemment, le produit n'est pas conçu pour une impression par le procédé offset, et la résistance demandée est donc relativement faible. De plus, étant donné l'épaisseur importante des produits obtenus
par une telle technique, une certaine solidité supplémentaire est conférée aux produits du fait même, simplement,
de sa masse.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 181 567 concerne la fabrication de papier à l'aide d'un agglomérat
de polymère ionique et de quantités relativement grandes d'une charge. Il est indiqué que des polymères anioniques
ou cationiques peuvent être utilisés, et les charges mentionnées comprennent le carbonate de calcium, l'argile,
le talc, le bioxyde de titane et des mélanges de ces matières.
<EMI ID=1.1>
nant 29 % de cendres, est produit, avec comme charge, du carbonate de calcium. Ce brevet décrit essentiellement la précipitation du pigment avec un auxiliaire de rétention avant son addition au système de fabrication du papier.
Le brevet N[deg.] 4 181 567 précité mentionne la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne DOS N[deg.] 25 16 097, vers le bas de la colonne 1, cette dernière demande correspondant au brevet britannique
N[deg.] 1 505 641 qui décrit le prétraitement du carbonate de calcium avec un latex de styrène et de butadiène pour produire un pigment protégé pouvant ensuite être utilisé dans la fabrication du papier, de préférence à raison de
20 % en poids, bien que le brevet indique que la diminution de résistance est faible ou nulle jusqu'à 50 % en poids.
En particulier, le brevet britannique précité décrit le mélange d'un latex anionique avec une suspension aqueuse
de la charge spéciale contenant une charge cationique, par exemple par mélange avec de l'amidon chargé positivement. Une à 20 parties de latex sont.utilisées pour 100 parties de charge et la composition de charge est introduite dans la pile, le triturateur ou en tout autre point, avant l'arrivée de pâte. L'exemple III montre l'utilisation
de 400 parties de charge pour 700 parties de fibres de bois.
Cependant, il convient de souligner que la technique décrite dans le brevet britannique précité exige un équipement supplémentaire et un traitement supplémentaire,
car la charge est d'abord enrobée, puis seulement après ajoutée au système de fabrication du papier. En d'autres termes, la technique décrite dans le brevet britannique précité est trop complexe. De plus, l'enrobage n'assure pas une protection convenable permettantl'utilisation du carbonate de calcium dans un milieu acide sans moussage indésirable.
L'invention a donc pour objet d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur, comme indiqué ci-dessus.
L'invention a également pour objet un papier fin, convenant à l'impression en offset et contenant une charge minérale en quantité supérieure à la normale. L'invention a pour autre objet la production de papier fin de bonne qualité d'une épaisseur de 0,04 à 0,4 mm, de préférence de 0,05
<EMI ID=2.1>
tance convenant à l'impression en offset et une teneur ,élevée en charge minérale, cette teneur étant comprise
<EMI ID=3.1>
et70 % de charge pour du papier de 103,8-222,5 g/m<2>.
L'invention a également pour objet un procédé
de fabrication de papier fin d'impression de bonne qualité, contenant de grandes quantités de charge minérale, ce procédé permettant une fabrication économique, peu coûteuse et à un débit de production élevé.
L'invention a également pour objet un papier à haute teneur en substances minérales, ayant une bonne qualité et contenant un mélange de charges minérales dont l'effet se manifeste par synergie.
L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est un schéma de fonctionnement d'une installation, située en amont de la machine de fabrication du papier et destinée à préparer une composition
de fabrication du papier conformément à l'invention.
D'une façon générale et selon l'invention, du papier fin, d'une épaisseur de 0,04 à 0,4 mm, et de pré-
<EMI ID=4.1>
de préférence de 44-117.10 kg/m<2>, est produit, ce papier contenant 30 % à 70 % de charge minérale, bien qu'il soit évident que l'invention puisse être utilisée pour la fabrication d'autres types de papier et que la plage des taux de charge dépende de l'utilisation finale prévue pour
le papier. Cependant, pour du papier fin convenant à une impression en offset, une charge minérale de 30 % est normalement utilisée avec du papier de 44,5 g/m<2> ; une charge de 40 % est utilisée avec du papier de 59,3 g/m<2> ; une charge de 50 % est utilisée avec du papier de 74,2 g/m<2>,
<EMI ID=5.1>
Le papier fin est convenablement produit sur une machine à papier classique de Fourdrinier, à des vitesses accrues, avec une grande économie d'énergie, ce qui permet un accroissement de la production, bien qu'il soit évident que d'autres types d'équipement de production de papier puissent également être utilisés, par exemple des machines
à forme ronde, à tables multiples, etc. En raison de la résistance exceptionnelle du système de fabrication de papier selon l'invention par rapport à d'autres systèmes
à papier fin à haute teneur en charge, la machine à papier fonctionne mieux et le papier fin produit peut être utilisé dans des procédés généraux d'impression et il se comporte comme un papier coquille.
L'utilisation de grandes quantités de charge minérale réduit considérablement le coût de fabrication
du papier fin. En premier lieu, on obtient une économie
de 165 à 385 F. par tonne de matières à partir desquelles le papier fin est produit. Ce nombre tend à augmenter,
car les fibres sont beaucoup plus coûteuses que les matières constituant les charges et leur coût tend à augmenter plus rapidement. De plus, le papier à forte charge minérale
est beaucoup plus facile à faire sécher que le papier normal et les équipements peuvent donc fonctionner à une plus grande vitesse, par exemple à une vitesse accrue de 10
à 25 %, ce qui réduit les coûts de production. En outre,
la quantité de vapeur d'eau nécessaire au séchage du
papier est réduite d'au moins 15 % et plus vraisemblablement de jusqu'à 30 %.
Outre la charge minérale, le papier fin est normalement produit à partir de pâtes de bois de feuillu
et de bois résineux préparées par divers procédés classiques de production de pâte, le papier comprenant également les substances chimiques utilisées classiquement pour la fabrication du papier telles que la résine de collage, l'alun
et les auxiliaires polymériques de rétention. Il est cependant évident que l'invention.peut être également utilisée pour la fabrication du papier synthétique. En ce qui concerne les fibres de bois utilisées, toute pâte travaillée classique peut convenir. Il est cependant souhaitable
que les fibres de bois de la composition comprennent 50
à 100 % de pâte kraft de feuillu, 0 à 50 % de pâte kraft de résineux, et, d'une manière plus souhaitable, 25 %
de pâte kraft de résineux et 75 % de pâte kraft de feuillu. Il est avantageux d'utiliser, en poids, calculé sur la
base de la quantité totale de matières solides de la composition ou de la fourniture, 15 à 30 % de pâte kraft de résineux et 15 à 50 % de pâte kraft de feuillu.
La suspension de production de papier selon l'invention est de préférence acide, bien qu'il ne soit pas essentiel qu'une composition de fabrication du papier
soit acide. De l'alun et de la colophane de collage sont préférés, mais non essentiels, l'expression "colophane
de collage" désignant une colophane ou résine de collage, dispersée, une résine synthétique de collage et des dérivés de résine. D'autres procédés de collage interne peuvent également être utilisés. Des additifs de résistance à
sec à base de polyacrylamide polymérique (tel que du type "Accostrength") peuvent également être utilisés dans ce système pour tendre à augmenter la résistance à sec et conférer une certaine résistance de la feuille continue à l'état humide sur la machine à papier.
Les compositions préférées contiennent toutes
de l'alun et de la résine de collage, de préférence dans
la proportion d'environ 3 parties d'alun pour une partie
de résine de collage, bien qu'il soit évident que ces proportions puissent varier. Des quantités convenables comprennent 2,5-5 kg de résine de collage par tonne de composition sèche, et une quantité suffisante d'alun, généralement 5 à 10 kg, et de préférence 7,5 kg d'alun par tonne de composition sèche pour donner un pH de 4,0-5,0.
Une caractéristique importante de la présente invention est l'utilisation d'un latex convenable. Le
latex peut être un latex de styrène-butadiène, un latex acrylique, un latex d'acétate de polyvinyle ou tout autre type de latex, mais la plupart des latex qui ont été utilisés pour la saturation de la partie humide ne conviennent pas nécessairement, car ils ne s'appliquent pas en totalité
sur les fibres et les charges sous forme précipitée. Il
est apparu que le latex le plus satisfaisant est un latex amphotère qui est cationique dans les conditions préférées d'utilisation, par exemple cationique dans des conditions acides. Des latex cationiques peuvent également être utilisés. On peut même utiliser un latex anionique, bien qu'il soit apparu qu'un tel latex est moins satisfaisant. Par rapport à un latex anionique, un latex cationique
est plus facile à utiliser, confère une plus grande résistance et une meilleure rétention.
Le latex, de préférence cationique (positif) dans les conditions préférées d'utilisation, est d'une charge opposée et inférieure à celle du système anionique (négatif) de fabrication du papier et il précipite donc aisément
sur les fibres de papier et les particules de charge (argile) chargées négativement, de manière à former un noyau de flocon de papier qui reste cependant anionique, car
la charge nette des fibres et de l'argile de charge est supérieure à celle du latex cationique. Ainsi qu'il est bien connu, la suspension normale de fabrication du papier porte une charge anionique, car cette dernière est la charge normale des fibres de cellulose. De plus, la plupart des charges minérales, c'est-à-dire des argiles, sont également fortement anioniques et ceci augmente la charge négative du système. Lorsque la charge utilisée n'est pas ionique ou n'est que légèrement cationique, une précipitation du latex se produit principalement sur les fibres de cellulose, mais la formation de flocons a encore lieu, la charge étant entraînée dans le flocon et se fixant ainsi à la fibre.
Il est évident que pour réduire la charge anionique, il est souhaitable d'ajouter au système un polymère cationique. En fait, conformément à la forme préférée de réalisation de l'invention, deux polymères cationiques,-
de l'alun (qui est également cationique), de la colophane et du latex sont ajoutés au système. Il est évident que lorsqu'on utilise un latex anionique, la quantité de polymère cationique utilisée peut être suffisante pour provoquer une précipitation du latex anionique.
Le flocon formé par le latex précipité peut être anionique ou cationique et il dépend de la quantité et
de la densité de charge du latex utilisé, du pH du système de fabrication du papier et des matières autres que le latex utilisé , par exemple du type de fibres, du type de charge, de la densité de charge des matières anioniques utilisées, etc. Il en est ainsi car la quantité de latex utilisée est faible par rapport aux quantités employées pour la fabrication du carton ou du feutre saturé, la quantité de latex s'étendant généralement entre seulement 3 et 7 % de la composition sèche. Néanmoins, malgré la faible quantité de latex utilisé qui, en elle-même, constitue un avantage économique, les caractéristiques [deg.]du flocon formé assurent une excellente rétention sur la toile métallique de la machine à papier. L'utilisation
de ce système, contrairement à celui normal à saturation de la partie humide, donne une meilleure rétention de la charge et il est évident que, lorsque la rétention de la charge est faible, ladite charge se perd et est difficile à récupérer. De plus, la charge perdue tend-à s'accumuler dans la partie humide, ce qui pose des problèmes de comportement du papier sur la machine de transformation. A des niveaux d'addition de latex de 5 % en poids et avec l'addition d'un polymère cationique, le système permet d'atteindre une rétention totale d'environ 87 % lors de la première passe.
On peut utiliser comme charge minérale presque toutes les matières qui ne sont pas hydrosolubles. La plupart des matières de charge entrant couramment dans la fabrication du papier peuvent être utilisées, par exemple le kaolin, le talc, le bioxyde de titane, l'hydrate d'aluminium, la silice hydratée, le carbonate de calcium, etc., et ces'charges sont donc considérées comme étant "compatibles avec le système". Certaines charges s'avèrent cependant indésirables lorsqu'elles sont utilisées seules, ces charges comprenant la terre de diatomées. Une autre charge qui s'avère moins satisfaisante que les autres est l'argile calcinée poreuse telle que de l'argile hautement opaque
et de l'argile "Ansilex". Par ailleurs, des charges s'étant révélées particulièrement souhaitables comprennent diverses formes de talc, y compris du talc vapeur "Mistron" qui est un talc à haute blancheur, et du talc "Yellowstone". Le carbonate de calcium est une matière compatible uniquement avec des milieux neutres ou basiques, et non avec des suspensions de fabrication du papier ayant un pH inférieur à 7,0, car le carbonate de calcium réagit à un pH acide
en produisant de l'anhydride carbonique qui pose des problèmes de moussage. Par conséquent, le carbonate de calcium ne peut être utilisé dans le système acide normal
de fabrication du papier où le pH est compris entre 4
et 5.
Un mélange particulier de charges est apparu comme donnant des résultats supérieurs, c'est-à-dire un mélange dans lequel les deux composants agissent en synergie pour donner de meilleurs résultats, principalement une plus grande résistance aux teneurs en charge données. Ainsi,
du talc, dont la charge est neutre, et du kaolin, qui est fortement anionique, agissent ensemble, en mélange, avec synergie, pour donner un produit plus résistant, ce résultats étant expliqué par la théorie selon laquelle les particules de talc ont une affinité physique pour le latex et retiennent et absorbent donc ce dernier et agissent comme noyaux de floculation. Le talc ne rompt pas la liaison des fibres autant que le kaolin. Le mélange de kaolin et de talc peut avoir des proportions, en poids,
de 95:5 à 5:95, bien que la plage préférée soit de 5-75 % de talc pour 95-25 % de kaolin. Calculée sur la base du total de solides dans la composition, la teneur préférée en charge est de 10-30 % de talc et 10-30 % de kaolin.
L'argile, de préférence du kaolin, se présente sous la forme de particules dont les dimensions sont comprises entre celles de particules très fines, par exemple environ 0,5 micromètre, et celles de particules relativement grosses, par exemple une dimension maximale d'environ
<EMI ID=6.1>
du type "Astraplate" (kaolin de Georgie) qui est un kaolin composé de minces plaques hexagonales, dont 80-82 %
<EMI ID=7.1>
un tamis de 0,044 mm d'ouverture. Des kaolins spéciaux
et convenables sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 2 904 267, N[deg.] 3 477 809 et N[deg.] 4 030 941.
Le talc est avantageusement broyé en particules de moins de 0,044 mm, bien que les dimensions de ces particules soient sujettes à d'importantes variations.
La charge de talc et de kaolin, qui agit par synergie, peut être utilisée dans des papiers fins à forte teneur en charge, contenant jusqu'à 70 % de charge, en poids. Lorsqu'elle est utilisée avec le latex amphotère préféré, comme décrit ci-dessus, ou même avec le latex cationique préféré en second, on obtient une feuille ayant une excellente résistance. Même si l'on utilise un latex anionique à la place du latex cationique, la feuille obtenue présente encore une bonne résistance en raison
de l'action de la charge par synergie, bien que des problèmes techniques soient posés par l'utilisation du latex anionique, car il est plus difficile de contrôler la précipitation et de donner une résistance convenable
aux flocons de papier dans une composition acide avec le latex anionique en raison de la compatibilité de sa charge avec les autres composants de la composition. Un autre problème posé par le latex anionique est que les charges sont normalement dispersées dans l'eau et que les agents
de dispersion normalement utilisés sont anioniques ; lorsque la charge doit être floculée avec le polymère cationique, il faut utiliser un excédent de polymère, ce qui
pose des problèmes dans les systèmes normaux de fabrication du papier et dans la manipulation de la charge.
Sur le dessin annexé à titre d'exemple non limitatif, dont la figure unique est un schéma simplifié d'une installation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, on voit que de la pâte de feuillu PF, des cassés de fabrication CF, de la pâte de résineux PR et une charge CH sont introduits dans un doseur D (si plusieurs charges
sont utilisées, elles peuvent être prémélangées) et la suspension est ensuite dirigée vers un entonnoir où du latex L et de la colophane- ou résine R sont ajoutés, le mélange pénétrant ensuite dans la caisse CM de la machine En variante, le latex et la résine peuvent être introduits directement dans la caisse de la machine. La suspension
est dirigée par pompage de la caisse de la machine vers
un cuvier CU et, en chemin, de l'alun A et un premier polymère cationique P1,par exemple du type "Dow XD-30440.01, sont ajoutés. La suspension provenant du cuvier est diluée avec de l'eau provenant du circuit d'eau blanche, puis
elle est dirigée par pompage vers les épurateurs et les tamis classiques E et T. Enfin, la composition est pompée vers la caisse d'arrivée de pâte CAP de la machine à papier et, en chemin, un second polymère cationique P2, par exemple du type "Betz 1260", qui sert également d'auxiliaire de rétention, est ajouté.
Comme montré sur la figure, il apparaît que, le polymère cationique est introduit en deux points différents. Chacun de ces polymères est introduit dans la composition en quantité comprise entre 0,125 et 1,5 kg par tonne de composition sèche, et de préférence à raison d'environ
0,25 kg par tonne. Lorsque la composition sort de la caisse
de la machine, par exemple avec une consistance solide d'environ 3 %, un premier polymère cationique lui est
ajouté, de préférence du type "Dow XD-30440.01". Ce polymère cationique est un polymère de polyacrylamide de poids moléculaire élevé, d'un pH de 4,6, d'une densité de 1,1, d'une teneur en solides de 8 % et d'une viscosité dynamique de 15-20 Pa.s.
Après la sortie de la composition des épurateurs
et des tamis et avant que cette composition atteigne la caisse d'arrivée de pâte de la machine à papier, par exemple dans la conduite d'entrée de la caisse d'arrivée de pâte,
un second polymère cationique P2, de préférence du type
"Betz 1260", est ajouté à la composition, normalement
à raison de 0,125 à 0,5 kg par tonne de composition sèche.
Le second polymère cationique agit conjointement avec les autres composants, comme indiqué précédemment, pour assurer une floculation maximale, et il sert également d'auxiliaire classique de rétention. Le polymère cationique du type
"Betz 1260" est un copolymère d'acrylamide à poids moléculaire extrêmement élevé et il est vendu sous la forme
d'une poudre hydrosoluble blanche et s'écoulant librement, d'une masse volumique d'environ 450 kg/m<3>. Il est évident
que l'addition du premier polymère cationique peut s'effectuer en tout point situé en amont de l'addition du second polymère cationique, cette dernière addition devant avoir
lieu en tout point situé en aval de la première addition
et les points précis d'addition dépendant de la machine
à papier.
Comme indiqué précédemment, le choix d'un latex convenable est important pour le succès du procédé selon l'invention afin de permettre l'obtention d'une résistance maximale pour une charge minérale élevée donnée. Comme indiqué ci-dessus et comme montré sur la figure, le latex est de préférence introduit dans la caisse de la machine, avantageusement en quantités comprises entre 3 et 7 % de la composition sèche. Actuellement, on ne sait pas exactement pourquoi certains latex se comportent bien
et d'autres non, mais on pense que des caractéristiques pouvant être importantes comprennent la dimension des particules, la charge électrique, la densité de charge
et la température de transition vitreuse. Des résultats satisfaisants ont été obtenus avec les trois latex suivants, indiqués dans l'ordre de préférence :
(1) Latex acrylique amphotère "Rhoplex P-57"
(Rohm and Haas) : ce latex acrylique est caractérisé par
le fait qu'il n'est pas ionique dans des conditions neutres, mais qu'il devient cationique dans des conditions acides ; il est vendu sous la forme d'un liquide blanc laiteux ayant une teneur en solide de 50 %, une masse volumique de 1,05 kg/1, une densité de 1,06 et une viscosité "Brookfield LVF" à 25[deg.]C (broche n[deg.] 2 à 60 tr/min) de
0,2 Pa.s.
(2) Latex cationique "Dow XD-30288.00" (Dow Chemical Co.) : il s'agit d'un latex de styrène-butadiène carboxylé.
(3) Latex anionique "Dow XD-30374.01" (Dow Chemical Co.) : il s'agit d'un latex de styrène-butadiène carboxylé d'un pH de 8,0, d'une teneur en solides de
45-47 %, de dimensions de particules d'environ 160 nanomètres et d'une densité de 1,01 ; il est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 225 383.
On obtient également satisfaction avec un latex de styrène-butadiène réticulable à 60 % de styrène et
40 % de butadiène et avec un latex de styrène-butadiène
<EMI ID=8.1>
D'autres latex donnant satisfaction dans le procédé de l'invention peuvent être déterminés par des essais de routine , les critères principaux demandés à un tel latex étant qu'il précipite sur les fibres et
la charge jusqu'à épuisement ou presque, qu'il assure une bonne rétention et qu'il fournisse une résistance convenable avec de fortes teneurs en charges pour permettre l'impression en offset ou en héliogravure lorsqu'il est utilisé à des niveaux ne dépassant pas environ 7 %. Ces essais de routine peuvent être effectués au moyen d'une composition de 3 à 7 % du latex essayé et d'un mélange,
en parts égales, d'une charge d'argile et de pâte de bois sur une machine à feuille d'essai Noble and Wood ou toute autre machine de laboratoire équivalente de production
de papier, avec recyclage de l'eau blanche au moyen d'un tamis normal de 0,15 mm, la feuille de papier étant pressée une fois dans une presse Noble and Wood à feutre ou dans une presse équivalente, puis séchée par contact. Un latex ionique convenable est capable d'atteindre l'état d'épuisement ou presque si, au cours de l'essai, la feuille de papier sort de la toile métallique sans laisser derrière elle
de latex résiduel ; il assure une bonne rétention si, au cours d'un tel essai, environ 75 % ou plus, et de préférence au moins 88 % de la charge et de la fibre sont retenus ; et il confère une bonne résistance, si au cours d'un tel essai, la feuille de papier résultante présente une valeur Mullen d'au moins 10 %, et de préférence d'au moins 16 %.
Dans toutes les combinaisons de composition décrites ci-dessus, le traitement sur.la machine à papier au niveau de la presse encolleuse ou en aval dans le cas d'un traitement externe, par exemple un couchage ou un collage, est souhaitable pour que l'on obtienne les meilleurs résultats, comme c'est également le cas dans la production de papier normal.
La matière utilisée, par exemple dans la' presse encolleuse, peut être choisie parmi celles normalement utilisées, comprenant de la colle d'amidon ou de l'alcool polyvinylique, de l'acétate de polyvinyle, du latex de styrène-butadiène, des latex acryliques, de l'argile, du bioxyde de titane, du carbonate de calcium, du talc et d'autres matières communément utilisées pour le couchage du papier, ainsi que toute combinaison de ces matières permettant d'obtenir la surface appropriée convenant à l'impression ou à toute autre utilisation finale. L'expression "colle d'amidon" désigne de l'amidon de pomme de terre non modifié, de l'amidon
de tapioca, de l'amidon de.maïs, de l'amidon anionique et des dérivés de ces amidons. Une matière particulièrement convenable est l'amidon de mais éthylé, ayant une teneur en solides de 8-12 %, et un exemple d'une telle matière est le type "Penford Gum 280" (Penick and Ford) qui est
un amidon de mais hydroxyéthylé, substitué à 2 % et d'une fluidité de 80. Il peut être appliqué à raison de 15-
100 kg par tonne, et de préférence à raison de 30 à 75 g par tonne.
Les exemples suivants ne sont donnés qu'à titre illustratif. Etant donné qu'une bonne résistance constitue la caractéristique la plus importante du papier résultant, les valeurs de résistance sont données ci-après en pourcentage Mullen, ces valeurs étant obtenues en divisant
le rapport de 0,454 kg/6,45.10 -4 m<2> par la force de
306 m<2> de papier.
EXEMPLE 1
Deux séries de tirage de feuilles d'essai sont préparées sur une machine à feuille Noble and Wood. La charge comprend 50 % de kaolin et 50 % de talc. Les deux compositions contiennent 5 % de latex et 0,195 kg de polymère cationique par tonne. Le latex de la première charge est le latex anionique "XD-30374.01" de la firme Dow Chemical et celui de la seconde charge est le latex amphotère "P-57" de la firme Rohm & Haas, le pH de la composition étant réglée à 4,5,ce qui rend le latex cationique.
La rétention est bonne ; la résistance est convenable ; et aucun résidu ne reste sur le tamis dans les deux séries d'essai. Cependant, la charge du papier résultant est plus concentrée dans le papier produit avec le latex cationique, ce qui indique des flocons plus gros
et plus stables.
EXEMPLE 2
A l'aide d'une machine de laboratoire à feuilles Noble and Wood, on prépare des échantillons avec une composition de 55 % de kaolin, 45 % de pâte de bois comprenant un mélange de 75 % de feuillu et 25 % de résineux, 5 % de latex anionique "Dow XD-30374.01", 0,150 kg par tonne de polymère cationique "Dow XD-30440.01", 1,25 kg par tonne de résine de collage dispersée ("Neuphor 100")
et 5 kg par tonne d'alun.
La quantité de charge retenue est de 88 %, et
la quantité d'argile présente dans la feuille de papier est de 48,9 %. La résistance du papier est de 10,9 % Mullen.
EXEMPLE 3
On répète l'exemple 2, sauf que le latex anionique de l'exemple 2 est remplacé par un latex acrylique amphotère "Rhoplex P-57", le pH du système étant dans les valeurs acides de sorte que le latex est en fait cationique. Toutes les autres variables sont maintenues à des valeurs identiques à celles données dans l'exemple 2. La quantité de charge retenue est de 89,6 % et la quantité d'argile présente dans le papier produit est de 49,3 %.
La résistance du papier est de 16,6 % Mullen.
Une comparaison des exemples 2 et 3 montre la différence de pourcentage Mullen avec sensiblement la même teneur en charge. Ces exemples montrent que le latex cationique permet d'obtenir une feuille notablement plus résistante que le latex anionique, la résistance étant exprimée en pourcentage Mullen.
EXEMPLE 4
Un essai sur machine à papier pilote est effectué sur une machine de Fourdrinier normale utilisée à des
fins d'essai (la machine a une largeur et une vitesse inférieures à celles d'une machine à papier fin normale). La composition comprend 46 % de pâte de bois, 54 % d'argile de revêtement constitué de kaolin floculé acide,
0,25 kg/tonne de polymère cationique "Dow XD-30440.01",
6 kg/tonne d'alun, et 2,5 kg/tonne de résine de collage dispersée "Neuphor 100"), en plus,de 5 % de latex anionique "Dow XD-30374.01". Le papier résultant, d'une force.
de 123 g/m<2>, est encollé à la presse et traité à environ
50-60 kg/tonne avec de l'amidon de mais éthylé.
La rétention de la première passe est de 73,9 % ; le papier résultant présente une teneur en charge de
44,7 % et une résistance de 21,7 % Mullen. Le rendement total de rétention de cendre est de 66, 2%.
EXEMPLE 5
On répète l'exemple 4 pour produire du papier
de 70 g/m<2>, alors qu'il était de 123 g/m<2> dans l'exemple
4. Le rendement de rétention totale de cendre est de
61,3 %, avec une rétention à la première passe de 64,5 %.
Le papier résultant contient 41,4 % de la charge d'argile
et présente une résistance de 14,8 % Mullen.
EXEMPLE 6
On répète l'exemple 4 en utilisant la même composition, sauf que le latex anionique de styrène-butadiène
est remplacé par le latex cationique de styrène-butadiène carboxylé "Dow XD-30288.00", utilisé dans la même proportion de 5 % sur la base du total des matières solides
sèches de l'argile et des fibres de bois. Le rendement de rétention totale de cendre est de 68,2 % et la rétention
à la première passe est de 81,4 %. La feuille de papier obtenue contient 47 % de charge et présente une résistance de 19 % Mullen. Si l'on compare l'exemple 6 aux exemples
4 et 5, on voit que le latex cationique confère une meilleure rétention et est plus facile à utiliser que le latex anionique. De plus, le papier obtenu dans l'exemple 6 est plus résistant que celui obtenu dans l'exemple 5.
EXEMPLE 7
On répète l'exemple 6, sauf que le latex cationique est remplacé par une même quantité de latex acrylique amphotère "Rhoplex P-57". Le rendement de rétention totale de cendre est de 83,1 % et la rétention à la première passe est de 81,6 %. La feuille de papier obtenue contient 49,2 % de charge et présente une résistance de
19,6 % Mullen.
Le procédé de l'exemple 7 est conduit avec un
pH acide, de sorte qu'en fait le latex amphotère est cationique. Une comparaison de l'exemple 7 et de l'exemple
4 montre que la quantité de charge retenue dans l'exemple
7 est plus grande et que la résistance n'est que légèrement inférieure. Si l'on compare avec l'exemple 5, on constate un accroissement de la rétention et de la résistance. Les exemples 4-7 montrent des rétentions à
la première passe et des rendements de cendre plus élevés, obtenus avec les latex cationiques et amphotères, ce qui indique que ces latex agissent mieux dans le procédé acide
de fabrication du papier.
EXEMPLE 8
Au moyen de la machine pilote 'de Fourdrinier,
on produit du papier à partir d'une composition comprenant
50 % de pâte de bois, 50 % de kaolin pour couchage, 5 %
de latex de styrène-butadiène carboxylé anionique "Dow XD-30374.01", 2,5 kg/tonne de "Neuphor 100" et 6 kg/tonne d'alun. Le rendement en cendres est de 74,9 % et la rétention à la première passe est de 74,5 %. Le papier n'est
pas collé extérieurement. Le papier obtenu contient 42,8 %
de charge et il présente une résistance de 15,3 % Mullen. EXEMPLE 9
On répète l'exemple 8, sauf que la quantité de
pâte à papier entrant dans la composition est ramenée à
46 % et que la quantité de kaolin pour couchage est élevée
à 54 %. De plus, le latex utilisé est le latex acrylique amphotère "Rhoplex P-57", qui est cationique dans les conditions d'utilisation. Le rendement en cendres est
de 73,19 % et la rétention à la première passe est de
76,7 %. Le produit obtenu contient 46,6 % de charge et
il présente une résistance de 13,5 % Mullen.
EXEMPLE 10
On répète l'exemple 8, sauf que les quantités relatives de kaolin et de pâte de bois sont ajustées pour donner 55 % d'argile et 45 % de pâte de bois. Le rendement en cendres est de 66 % et la rétention à la première
passe est de 66,1 %. Le produit obtenu contient 44,7 % de charge et présente une résistance de 9,8 % Mullen seulement.
Les exemples 8-10 montrent que, bien que le
latex anionique se rapproche du latex cationique en ce
qui concerne le rendement lorsque la composition ne contient pas plus d'environ 50 % de charge, le rendement que
l'on obtient avec un tel latex anionique chute considérablement, en particulier par rapport à la résistance du produit, lorsque la quantité de la charge dans la suspension atteint
55 %.
EXEMPLE 11
A l'aide de la machine pilote à papier, on produit du papier à partir d'une composition comprenant 46 % de pâte de bois et 54 % de charge dont 50 % sont constitués de talc et 50 % d'argile. La composition renferme également 5 % de latex de styrène-butadiène carboxylé anionique "Dow XD-30374.01", 2,5 kg/tonne de résine "Neuphor 100", 6. kg/tonne d'alun et 0,25 kg/tonne de polyacrylamide cationique "Dow XD-30440.01". Le rendement en cendres est de 73,9 % et la rétention à la première passe est de 79,5 %.
Le papier obtenu est traité à la presse encolleuse avec de l'amidon. Sa teneur en charge est de 50,9 %
et sa résistance est de 20,9 % Mullen.
EXEMPLE 12
On répète l'exemple 11, sauf que la charge utilisée comprend 46 % de talc et 54 % d'argile. La force
<EMI ID=9.1>
est de 76,8 % et la rétention à la première passe de
83,6 %. Le papier obtenu contient 46,9 % de charge et présente une résistance de 20 % Mullen.
EXEMPLE 13
On répète l'exemple 12, sauf que les 5 % de latex de styrène-butadiène anionique sont remplacés par
5 % de latex amphotère acrylique "Rhoplex P-57". Le rendement en cendres est de 78,2 % et la rétention à la première passe est de' 87,9 %. Le produit contient 49,3 % de charge et présente une résistance de 22,1 % Mullen.
Une comparaison des exemples 12 et 13 montre
de nouveau la supériorité du latex amphotère acrylique, qui est cationique en cours d'utilisation, sur le latex anionique, les autres variables restant constantes. EXEMPLE 14
On répète l'exemple 13, sauf que la quantité de charge est portée à 54 % et que les quantités relatives de talc et d'argile sont modifiées pour donner 21,5 %
de talc et 78,5 % d'argile. Le rendement en cendres est
de 72,6 % et la rétention à la première passe est de 87,8 %. Le papier obtenu contient 50,9 % de charge et présente
une résistance de 17,1 % Mullen.
Une comparaison des exemples 14 et 13 montre
que la résistance est réduite dans l'exemple 14, bien que la rétention reste très élevée.
EXEMPLE 15
On répète l'exemple 12, sauf que la force du
<EMI ID=10.1>
blement au double de la force du papier de l'exemple 12. Le rendement en cendres est de 83,4 % et la rétention à la première passe est de 83,6 %. Le papier obtenu contient
49,8 % de charge et présente une force de 26,5 % Mullen.
Une comparaison des exemples 15 et 12 montre qu'un accroissement de la force, tous autres facteurs restant constants, entraîne une augmentation notable de la résistance du papier fin, à forte teneur en charge, constituée d'un mélange de talc et d'argile. Les exemples
11-15 montrent l'action par synergie de l'association
de l'argile et du talc, ces exemples montrant également
<EMI ID=11.1>
synergie en utilisant tous les latex satisfaisants, le talc étant cependant particulièrement efficace avec le latex amphotère, car il produit alors un papier composé plus résistant.
EXEMPLE 16
Les feuilles de papier obtenues dans les exemples 4, 7 et 14 sont imprimées sur une machine offset "Mhiele 1000" grandeur nature, à quadrichromie, sans problèmes, avec des encres destinées au papier couché. Tous ces papiers ont une résistance suffisante pour supporter l'opération d'impression, la presse fonctionnant à
180 m/min.
EXEMPLE 17
Un essai comparatif est effectué pour déterminer les économies réalisées dans la production de papier fin selon l'invention. Quatre compositions de papier sont préparées et du papier est produit à partir de ces compositions. La première composition, destinée à l'essai comparatif ou essai témoin, comprend 90 % de fibres de bois (75 % de feuillu et 25 % de résineux), 6 kg/tonne d'alun, 2,5 kg/tonne de résine et 10 % de kaolin.
Des échantillons 1, 2 et 3, produits conformément à l'invention, comprennent des compositions analogues, sauf que chacun de ces échantillons contient 5 % de latex amphotère acrylique "Rhoplex P-57", ainsi que de plus grandes quantités de kaolin, à savoir 40 % d'argile pour l'échantillon 1, 50 % d'argile pour l'échantillon 2 et
60 % d'argile pour l'échantillon 3.
Les quatre échantillons sont séchés afin que leur teneur en humidité soit ramenée à 5 % en bout de machine. Les résultats sont donnés dans le tableau I ci-dessous.
<EMI ID=12.1>
<EMI ID=13.1>
Comme indiqué dans le tableau précédent, le papier témoin contenant 10 % d'argile et ne contenant pas de latex, présente, après pressage, une siccité de 29,34 % alors qu'un papier à 60 % d'argile et 5 % de latex, produit et pressé de manière identique,présente, après pressage, une siccité de 40,36 %. Par conséquent, le papier
à forte teneur en charge demande un chauffage à la vapeur d'eau beaucoup moins important pour être ramené, par séchage, à une teneur en humidité de 5 % et il en résulte donc d'importantes économies d'énergie comme indiqué dans
le tableau. De plus, étant donné que le séchage demandé
est moindre, la vitesse de production est augmentée, comme indiqué.
EXEMPLE 18
Une série de comparaisons de feuilles d'essai
est effectuée à l'aide de différents latex et de différentes teneurs en charges. Toutes les compositions sont les mêmes, hormis les différences indiquées dans les tableaux II et III, ces tableaux donnant également les résultats des comparaisons.
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
EXEMPLE 19
Pour comparer le procédé décrit dans le brevet britannique N[deg.] 1 505 641 précité au procédé de l'invention, on procède à une série d'essais comparatifs. Conformément à l'exemple du brevet précité, la composition comprend 50 parties de fibres de cellulose, 48 parties
de charge et 5 % de latex sur la base de la quantité totale de fibres de cellulose et de charge. Dans les essais,effectués conformément au brevet britannique précité, la charge est du carbonate de calcium qui est prétraité avec le latex. Dans les essais conformément à l'invention, la charge est de l'argile ou un mélange en parts égales d'argile et de talc. Lorsqu'on utilise un latex anionique, il s'agit du latex anionique de styrènebutadiène carboxylé "Dow XD-30374.01". Lorsqu'on utilise un latex cationique, il s'agit du latex "Rhoplex P-57".
Le papier est formé sur une machine à main-de laboratoire. Les résultats sont donnés dans le tableau IV.
TABLEAU IV
<EMI ID=18.1>
Il ressort du deuxième essai indiqué dans le tableau IV ci-dessus que le procédé décrit dans le brevet britannique ne convient pas à une utilisation à un pH acide, car le latex ne protège pas convenablement le carbonate de calcium qui, dans une certaine mesure, réagit avec l'acide et provoque un moussage ; 8 % de la charge
se perdent en réagissant avec l'alun et il apparaît que le carbonate de calcium tamponne le système à un pH de
5,5. Dans les essais effectués avec un pH acide, le pH visé est de 4,5, ce pH étant obtenu par l'addition d'alun.
La résistance des feuilles d'essai réalisées
à l'aide du latex cationique amphotère dépasse la résistance obtenue avec le procédé décrit dans le brevet britannique précité, au niveau de charge choisi. Le procédé
du brevet britannique, avec un pH alcalin de 7,5, retient
39,1 % de la charge avec un taux Mullen de 8,2%. Le latex cationique amphotère, combiné à l'argile et au talc, retient
40,9 % de la charge avec un taux Mullen de 14 % et ce résultat est donc supérieur à celui obtenu avec le procédé
du brevet précité.
EXEMPLE 20
Une série de passes sont effectuées sur une machine à papier Fourdrinier grandeur nature. La composition d'alimentation de la machine comprend 50 % de fibres de bois, 25 % de kaolin (du type "Kaopaque 10") et 25 % de talc Yellowstone, la fibre comprenant 35-40 % de pâte. kraft de feuillu et 10-15 % de pâte kraft de résineux,
sur la base de la teneur totale en solide de la composition. Du latex amphotère "P-57" est introduit dans la caisse
de la machine, à raison de 4,4 % sur la base du poids total de solides de la composition. De la résine de collage est également introduite dans la caisse de la machine, à raison de 3,8 kg/tonne. On ajoute de l'alun à raison de
10 kg/tonne et du latex "Dow XD-30440.01" à raison de
1,6 kg/tonne, au côté d'aspiration de la pompe de caisse
de la machine. Un polymère cationique "Betz 1260" est ajouté en amont de la caisse d'arrivée de pâte, à raison?. d'environ 0,2 kg/tonne. Après formation du papier, une colle du type "Penford Gum 280" à 10 % de solides est appliquée à la presse encolleuse, cette colle étant prise
à raison de 55,5-58,5 kg/tonne. La vitesse de la machine est de 180 m/min avec un débit de production de 4 à 4,5 t/h.
Le tableau V montre la moyenne des résultats
sur huit passes. Le tableau VI montre la moyenne des résultats sur huit passes effectuées après collage. Le tableau VI montre la moyenne des résultats obtenus avec les feuilles de base.
Les résultats sont en général excellents, avec une très grande résistance aux teneurs en charge de 40 %. Les niveaux de rétention à la première passe sont compris entre 60 et 80 %. Les feuilles sont aisément séchées, ce qui permet d'augmenter le débit de production. Plusieurs rouleaux sont imprimés avec succès, sans accumulation notable sur les presses d'impression.
Les caractéristiques de traction des papiers ainsi produits sont données dans le tableau VII.
TABLEAU V
Moyennes des résultats après collage
<EMI ID=19.1>
TABLEAU VI
MOYENNES DES RESULTATS SUR FEUILLES
DE BASE
<EMI ID=20.1>
NOTE : Echantillon prélevé avant la presse encolleuse à
la fin de l'essai.
<EMI ID=21.1>
<EMI ID=22.1>
EXEMPLE 21
A l'aide de la même machine que celle utilisée dans l'exemple 20, on effectue une série de passes pour produire des papiers dont les forces sont respectivement de 89,0 ;
74,2 ; et 66,8 g/m<2>, ces papiers contenant 32-42 % de charge. On suit sensiblement le même procédé que celui décrit dans l'exemple 20, bien que les quantités relativement grandes de résineux par rapport au feuillu soient utilisées dans la production des papiers de 74,2 et
89,0 g/m<2>. De même que précédemment, les résultats obtenus sont excellents, le papier séchant rapidement et présentant une excellente aptitude à l'impression. Les résultats obtenus sont donnés dans les tableaux VIII à XI.
TABLEAU VIII
MOYENNES DES RESULTATS D'ESSAIS
Jeux n[deg.] Jeux n[deg.] Jeux n[deg.] Jeu. n[deg.]
534-544 545-547 548-551 552
<EMI ID=23.1>
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
TABLEAU X
RESULTATS D'ESSAIS D'IMPRESSION I.G.T.
Applicateur à barreau: Encre n[deg.] 7 ; tension de ressort A ; " Westvaco" pression de 50 daN
<EMI ID=26.1>
NOTE : 126 indique une absence de prise.
TABLEAU XI
ANALYSE DES MATIERES
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication à grande vitesse de papier fin contenant une charge minérale, qui consiste
à préparer une composition de papier comprenant des fibres de fabrication du papier, une charge minérale et un auxiliaire de rétention, à former une feuille continue de papier humide à partir de ladite composition, à faire sécher cette feuille continue et à traiter la surface de' la feuille séchée, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à préparer ledit papier fin d'une épaisseur de 0,04 à 0,4 mm et d'une force de 44,5 à 222,5 g/m<2>, renfer-
<EMI ID=29.1>
charge minérale, et ayant une résistance à la traction et une résistance dans la direction Z suffisantes pour supporter une impression en héliogravure ou en offset, à grande vitesse, la composition de papier comprenant une quantité de charge minérale suffisante pour qu'il reste, à l'intérieur dans la feuille continue de papier formée, lesdits
30-70 % de charge minérale, cette dernière étant compatible avec le système, au moins un auxiliaire de rétention comprenant un polymère cationique, lesdites fibres de fabrication du papier et 3-7 % de latex ionique, sur
la base de la composition sèche, le latex ionique étant choisi parmi des latex qui confèrent une bonne rétention de la charge minérale sans réduction sensible de la résistance, qui possèdent une charge électrique opposée et inférieure à la somme des charges des autres ingrédients de
la composition, et qui précipitent sur les fibres et les charges jusqu'à épuisement ou presque.
"Process for manufacturing fine paper and this paper".
The invention relates to fine paper suitable
for offset or rotogravure printing, and more particularly fine paper with a high mineral load, with a strength of 44.5 to 222.5 g / m <2> and having sufficient strength
to be able to be printed in offset or rotogravure.
Normal fine paper contains a certain charge which can reach, at most, about 30% of mineral charge. Since the paper suitable for offset and rotogravure printing must have sufficient strength to withstand the printing operation which is carried out at high speed, this resistance comprising
both the tensile strength and the strength in
Z direction, it appeared that the use of large amounts of mineral filler is not suitable. In fact,
normal fine paper suitable for offset printing has a very low content of mineral filler and this paper is normally bonded to the surface after the continuous sheet of paper has dried. The term "fine paper" is used in its conventional sense known in the industry
and it includes notepads, shell paper, smudges, coated printing papers, papers
text and covers, coated publishing paper, book paper, and cotton paper; it does not include
not so-called "high strength" paper products.
The use of an internal filler in the manufacture of paper in general and fine paper in particular has been practiced for many years
and this practice uses as current fillers materials such as kaolin, talc, titanium dioxide,
calcium carbonate, hydrated aluminum silicate,
diatomaceous earth and other insoluble mineral compounds. The use of a load has two objectives:
one is the elongation of the constituent fibers of the paper. in order to reduce the cost, and the other is obtaining certain optical and physical characteristics such
as whiteness and opacity. In the manufacture of
fine paper, charges are normally added at a rate of 4-20% by weight of the finished paper, charges rarely reaching 30% in Europe and 25% in the United States of America. The production of fine paper depends in part on the fixation of hydrogen and a problem which appears when using more than 20% of charge in the production of fine paper is that too much charge attenuates the fixation of hydrogen and results in a loss of
the resistance of the sheet continues. When using external application methods, such as coating a pigment / adhesive mixture with a size press or
the coater, the total content of the filler can be easily increased. Thin paper containing up to a maximum of 30% fillers is normally obtained by addition
6.5-9 kg of cationic starch or 0.5-2.5 kg of guar gum, as normal internal reinforcing agents, per tonne of dry manufacturing composition. Latexes are sometimes used in the manufacture of paper, as indicated below, but not in the manufacture of fine paper, since they are normally sticky and difficult to use on a Fourdrinier machine for the manufacture of fine paper at high speed.
United States Patent N [deg.] 3,184,373 describes the production of paper containing mineral fiber in quantities greater than the normal quantities. However, the characteristics of the paper obtained are not mentioned. This process uses what is called a synergistic blend of charge-retaining aids, comprising a water-soluble mucilaginous material such as guar gum, and a water-soluble polyethyleneimine resin. The patent of the United States of America
N [deg.] 2 943 013 relates to a similar process, but it specifies that the paper obtained is intended to be used for the manufacture of decorative laminated papers, that is to say not requiring the great resistance necessary for fine papers to allow them to be printed in offset.
It is well known in the paper industry that the addition of an anionic latex to the wet end of a paper machine, combined with a cationically charged chemical such as alum, causes precipitation. latex in the presence of constituent fibers of the paper and of fillers, which leads to an increase in the resistance of the paper. This process is normally used in the manufacture of certain so-called products
"high strength" such as joint materials,
saturated cardboard, roofing felt, floor felt, etc. No similar technique has so far been suggested for the manufacture of fine papers containing higher than normal amounts of mineral filler.
A number of prior patents describe the general idea that a charged latex can be added to the papermaking composition. Due to the basic electrochemical reaction of an anionic papermaking system, a cationic latex readily precipitates and increases the bonding of the fibers and therefore the strength of the resulting paper. These patents mainly concern so-called "high resistance" papers which are largely free of fillers, or, at best, contain only very small amounts of fillers or pigments. For example, United States Patent N [deg.] 4,178,205 describes the use of a cationic latex, but a pigment is not essential. Likewise,
United States Patent N [deg.] 4,187,142 describes the use of an anionic polymer used in co-addition with a cationic latex, with the use of a sufficient amount of latex to make it cationic the entire paper manufacturing system; the use of charges is not mentioned in any example. United States Patent N [deg.] 4,189,345 describes the use of cationic latex at extremely high levels.
It has been proposed in United States patent N [deg.] 4,225,383, for the manufacture of relatively thick paper products, as well as for the manufacture of felt roofing and floor papers, to use the combination of a cationic polymer and an anionic latex, and large amounts of mineral filler.
However, as before, the product is not designed for printing by the offset process, and the resistance required is therefore relatively low. In addition, given the large thickness of the products obtained
by such a technique, a certain additional solidity is conferred on the products by the very fact, simply,
of its mass.
U.S. Patent No. 4,181,567 relates to the manufacture of paper using agglomerate
of ionic polymer and relatively large amounts of a filler. It is indicated that anionic polymers
or cationic can be used, and the fillers mentioned include calcium carbonate, clay,
talc, titanium dioxide and mixtures of these materials.
<EMI ID = 1.1>
29% ash, is produced, with filler, calcium carbonate. This patent essentially describes the precipitation of the pigment with a retention aid before it is added to the papermaking system.
Patent N [deg.] 4,181,567 cited above mentions the patent application of the Federal Republic of Germany DOS N [deg.] 25 16,097, at the bottom of column 1, the latter corresponding to the British patent
N [deg.] 1 505 641 which describes the pretreatment of calcium carbonate with a styrene and butadiene latex to produce a protected pigment which can then be used in the manufacture of paper, preferably at a rate of
20% by weight, although the patent indicates that the decrease in resistance is small or zero up to 50% by weight.
In particular, the aforementioned British patent describes the mixing of an anionic latex with an aqueous suspension
special charge containing a cationic charge, for example by mixing with positively charged starch. One to 20 parts of latex are used per 100 parts of filler and the filler composition is introduced into the pile, the pulper or at any other point, before the arrival of dough. Example III shows the use
of 400 parts of filler for 700 parts of wood fibers.
However, it should be emphasized that the technique described in the aforementioned British patent requires additional equipment and additional processing,
because the filler is first coated, then only after added to the papermaking system. In other words, the technique described in the aforementioned British patent is too complex. In addition, the coating does not provide adequate protection allowing the use of calcium carbonate in an acidic environment without undesirable foaming.
The object of the invention is therefore to eliminate the drawbacks of the prior art, as indicated above.
The invention also relates to a fine paper, suitable for offset printing and containing a mineral filler in an amount greater than normal. Another subject of the invention is the production of good quality fine paper with a thickness of 0.04 to 0.4 mm, preferably 0.05
<EMI ID = 2.1>
tance suitable for offset printing and a content, high in mineral filler, this content being included
<EMI ID = 3.1>
and 70% load for 103.8-222.5 g / m paper <2>.
The invention also relates to a method
for manufacturing fine quality fine printing paper containing large quantities of mineral filler, this process making it possible to manufacture economically, inexpensively and at a high production rate.
The invention also relates to a paper with a high content of mineral substances, having a good quality and containing a mixture of mineral fillers whose effect is manifested by synergy.
The invention will be described in more detail with reference to the attached drawing by way of nonlimiting example and in which the single figure is an operating diagram of an installation, located upstream of the paper making machine and intended for preparing a composition
for manufacturing paper according to the invention.
Generally and according to the invention, thin paper, with a thickness of 0.04 to 0.4 mm, and pre-
<EMI ID = 4.1>
preferably 44-117.10 kg / m <2> is produced, this paper containing 30% to 70% of mineral filler, although it is obvious that the invention can be used for the manufacture of other types of paper and that the range of filler rates depends of the intended end use for
the paper. However, for thin paper suitable for offset printing, a 30% mineral filler is normally used with 44.5 g / m paper <2>; 40% load is used with 59.3 g / m paper <2>; 50% load is used with 74.2 g / m paper <2>,
<EMI ID = 5.1>
The fine paper is suitably produced on a conventional Fourdrinier paper machine, at increased speeds, with great energy savings, which allows an increase in production, although it is obvious that other types of paper production equipment can also be used, for example machines
round, multi-table, etc. Due to the exceptional strength of the papermaking system according to the invention compared to other systems
paper with high load content, the paper machine works better and the fine paper produced can be used in general printing processes and it behaves like shell paper.
The use of large amounts of mineral filler considerably reduces the manufacturing cost
thin paper. First, we get an economy
from 165 to 385 F. per tonne of materials from which fine paper is produced. This number tends to increase,
because fibers are much more expensive than the materials constituting the fillers and their cost tends to increase more rapidly. In addition, paper with a high mineral load
is much easier to dry than normal paper and equipment can therefore operate at a higher speed, for example at a speed increased by 10
25%, which reduces production costs. In addition,
the amount of water vapor required to dry the
paper is reduced by at least 15% and more likely by up to 30%.
In addition to the mineral filler, fine paper is normally produced from hardwood pulp
and resinous woods prepared by various conventional pulp production processes, the paper also comprising the chemical substances conventionally used for the manufacture of paper such as bonding resin, alum
and polymeric retention aids. It is however obvious that the invention can also be used for the manufacture of synthetic paper. As regards the wood fibers used, any conventional worked pulp may be suitable. It is however desirable
that the wood fibers of the composition comprise 50
100% hardwood kraft pulp, 0 to 50% softwood kraft pulp, and more preferably 25%
softwood kraft pulp and 75% hardwood kraft pulp. It is advantageous to use, by weight, calculated on the
based on the total amount of solids in the composition or supply, 15 to 30% kraft softwood pulp and 15 to 50% kraft hardwood pulp.
The paper production suspension according to the invention is preferably acidic, although it is not essential that a papermaking composition
either acidic. Alum and rosin bonding are preferred, but not essential, the term "rosin
bonding agent "denotes a rosin or bonding resin, dispersed, a synthetic bonding resin and resin derivatives. Other internal bonding methods can also be used.
Dry based on polymeric polyacrylamide (such as "Accostrength") can also be used in this system to tend to increase the dry strength and give some resistance of the continuous sheet in the wet state on the paper machine.
Preferred compositions all contain
alum and bonding resin, preferably in
the proportion of approximately 3 parts of alum for one part
of bonding resin, although it is obvious that these proportions may vary. Suitable amounts include 2.5-5 kg of bonding resin per tonne of dry composition, and a sufficient amount of alum, generally 5-10 kg, and preferably 7.5 kg of alum per tonne of dry composition for give a pH of 4.0-5.0.
An important feature of the present invention is the use of a suitable latex. The
latex may be a styrene-butadiene latex, an acrylic latex, a polyvinyl acetate latex or any other type of latex, but most of the latexes which have been used for saturation of the wet end are not necessarily suitable, because they do not apply in full
on fibers and fillers in precipitated form. he
It has appeared that the most satisfactory latex is an amphoteric latex which is cationic under the preferred conditions of use, for example cationic under acidic conditions. Cationic latexes can also be used. One can even use an anionic latex, although it has appeared that such a latex is less satisfactory. Compared to an anionic latex, a cationic latex
is easier to use, provides greater strength and better retention.
The latex, preferably cationic (positive) under the preferred conditions of use, has an opposite charge and is lower than that of the anionic (negative) papermaking system and therefore it easily precipitates
on paper fibers and negatively charged charge particles (clay), so as to form a paper flake core which nevertheless remains anionic, because
the net charge of the fibers and of the charge clay is greater than that of the cationic latex. As is well known, the normal papermaking suspension carries an anionic charge, since the latter is the normal charge of cellulose fibers. In addition, most mineral charges, i.e. clays, are also highly anionic and this increases the negative charge on the system. When the filler used is not ionic or is only slightly cationic, precipitation of the latex occurs mainly on the cellulose fibers, but the formation of flakes still takes place, the filler being entrained in the flake and thus fixing to fiber.
Obviously, to reduce the anionic charge, it is desirable to add a cationic polymer to the system. In fact, in accordance with the preferred embodiment of the invention, two cationic polymers, -
alum (which is also cationic), rosin and latex are added to the system. It is obvious that when an anionic latex is used, the amount of cationic polymer used can be sufficient to cause precipitation of the anionic latex.
The flake formed by the precipitated latex can be anionic or cationic and it depends on the quantity and
the charge density of the latex used, the pH of the papermaking system and of materials other than the latex used, for example the type of fibers, the type of charge, the charge density of the anionic materials used, etc. This is so because the amount of latex used is small compared to the amounts used for the manufacture of cardboard or saturated felt, the amount of latex generally ranging between only 3 and 7% of the dry composition. However, despite the small amount of latex used which, in itself, constitutes an economic advantage, the characteristics [deg.] Of the flake formed ensure excellent retention on the metal fabric of the paper machine. Use
of this system, unlike that normal at saturation of the wet part, gives better retention of the charge and it is obvious that, when the retention of the charge is low, said charge is lost and is difficult to recover. In addition, the lost charge tends to accumulate in the wet part, which poses problems with the behavior of the paper on the converting machine. At latex addition levels of 5% by weight and with the addition of a cationic polymer, the system achieves a total retention of approximately 87% during the first pass.
Almost all non-water soluble materials can be used as the mineral filler. Most of the fillers commonly used in papermaking can be used, for example kaolin, talc, titanium dioxide, aluminum hydrate, hydrated silica, calcium carbonate, etc., and these charges are therefore considered to be "compatible with the system". However, certain fillers prove to be undesirable when used alone, these fillers comprising diatomaceous earth. Another filler which is less satisfactory than the others is porous calcined clay such as highly opaque clay
and "Ansilex" clay. Furthermore, fillers which have been found to be particularly desirable include various forms of talc, including "Mistron" steam talc which is a high whiteness talc, and "Yellowstone" talc. Calcium carbonate is a material compatible only with neutral or basic media, and not with papermaking suspensions having a pH below 7.0, because calcium carbonate reacts at an acidic pH
by producing carbon dioxide which causes foaming problems. Therefore, calcium carbonate cannot be used in the normal acid system
for making paper where the pH is between 4
and 5.
A particular mixture of fillers has appeared to give superior results, that is to say a mixture in which the two components act in synergy to give better results, mainly greater resistance to the given filler contents. So,
talc, whose charge is neutral, and kaolin, which is strongly anionic, act together, in a mixture, with synergy, to give a more resistant product, this results being explained by the theory according to which talc particles have an affinity physical for the latex and therefore retain and absorb the latter and act as flocculation nuclei. Talc does not break fiber binding as much as kaolin. The mixture of kaolin and talc can have proportions, by weight,
from 95: 5 to 5:95, although the preferred range is 5-75% talc for 95-25% kaolin. Calculated based on the total solids in the composition, the preferred filler content is 10-30% talc and 10-30% kaolin.
The clay, preferably kaolin, is in the form of particles whose dimensions are between those of very fine particles, for example approximately 0.5 micrometer, and those of relatively large particles, for example a maximum dimension of about
<EMI ID = 6.1>
of the type "Astraplate" (kaolin from Georgia) which is a kaolin composed of thin hexagonal plates, of which 80-82%
<EMI ID = 7.1>
a sieve of 0.044 mm opening. Special kaolins
and suitable are described in United States patents N [deg.] 2,904,267, N [deg.] 3,477,809 and N [deg.] 4,030,941.
The talc is advantageously ground into particles of less than 0.044 mm, although the dimensions of these particles are subject to wide variations.
The talc and kaolin filler, which acts synergistically, can be used in fine papers with a high filler content, containing up to 70% filler, by weight. When used with the preferred amphoteric latex, as described above, or even with the second preferred cationic latex, a sheet having excellent strength is obtained. Even if an anionic latex is used in place of the cationic latex, the sheet obtained still has good resistance due to
of the action of the charge by synergy, although technical problems are posed by the use of anionic latex, since it is more difficult to control the precipitation and to give a suitable resistance
to paper flakes in an acidic composition with the anionic latex because of the compatibility of its charge with the other components of the composition. Another problem with anionic latex is that the charges are normally dispersed in water and that the agents
normally used dispersions are anionic; when the charge must be flocculated with the cationic polymer, an excess of polymer must be used, which
causes problems in normal papermaking systems and in handling the load.
In the appended drawing by way of nonlimiting example, the single figure of which is a simplified diagram of an installation implementing the method according to the invention, it can be seen that hardwood pulp PF, broken pieces of manufacturing CF, softwood pulp PR and a load CH are introduced into a metering device D (if several loads
are used, they can be premixed) and the suspension is then directed to a funnel where latex L and rosin- or resin R are added, the mixture then entering the body CM of the machine Alternatively, the latex and the resin can be introduced directly into the machine body. Suspension
is directed by pumping from the machine body to
a CU vat and, along the way, alum A and a first cationic polymer P1, for example of the "Dow XD-30440.01 type, are added. The suspension from the vat is diluted with water from the white water then
it is directed by pumping to the conventional purifiers and sieves E and T. Finally, the composition is pumped to the pulp arrival box CAP of the paper machine and, on the way, a second cationic polymer P2, for example type "Betz 1260", which also serves as a retention aid, is added.
As shown in the figure, it appears that the cationic polymer is introduced at two different points. Each of these polymers is introduced into the composition in an amount of between 0.125 and 1.5 kg per ton of dry composition, and preferably at a rate of approximately
0.25 kg per tonne. When the composition leaves the box
of the machine, for example with a solid consistency of approximately 3%, a first cationic polymer is
added, preferably of the "Dow XD-30440.01" type. This cationic polymer is a polyacrylamide polymer of high molecular weight, pH 4.6, density 1.1, solids content 8% and dynamic viscosity 15-20 Not.
After leaving the composition of the purifiers
and sieves and before this composition reaches the pulp inlet box of the paper machine, for example in the inlet pipe of the pulp box,
a second cationic polymer P2, preferably of the type
"Betz 1260" is added to the composition, normally
at a rate of 0.125 to 0.5 kg per tonne of dry composition.
The second cationic polymer acts jointly with the other components, as indicated above, to ensure maximum flocculation, and it also serves as a conventional retention aid. The cationic polymer of the type
"Betz 1260" is an extremely high molecular weight acrylamide copolymer and is sold in the form
a white, freely flowing, water-soluble powder with a density of approximately 450 kg / m <3>. It is obvious
that the addition of the first cationic polymer can be carried out at any point situated upstream of the addition of the second cationic polymer, this latter addition having to have
place at any point downstream of the first addition
and the precise addition points depending on the machine
to paper.
As indicated above, the choice of a suitable latex is important for the success of the process according to the invention in order to allow maximum resistance to be obtained for a given high mineral load. As indicated above and as shown in the figure, the latex is preferably introduced into the machine body, advantageously in quantities of between 3 and 7% of the dry composition. Currently, it is not known exactly why certain latexes behave well
and others not, but features that may be important are believed to include particle size, electrical charge, charge density
and the glass transition temperature. Satisfactory results have been obtained with the following three latexes, indicated in the order of preference:
(1) Amphoteric acrylic latex "Rhoplex P-57"
(Rohm and Haas): this acrylic latex is characterized by
the fact that it is not ionic under neutral conditions, but that it becomes cationic under acidic conditions; it is sold in the form of a milky white liquid having a solid content of 50%, a density of 1.05 kg / 1, a density of 1.06 and a viscosity "Brookfield LVF" at 25 [deg. ] C (spindle n [deg.] 2 to 60 rpm) from
0.2 Pa.s.
(2) Cationic latex "Dow XD-30288.00" (Dow Chemical Co.): this is a carboxylated styrene-butadiene latex.
(3) Anionic latex "Dow XD-30374.01" (Dow Chemical Co.): this is a styrene-butadiene carboxylated latex with a pH of 8.0, a solid content of
45-47%, with particle sizes of about 160 nanometers and a density of 1.01; it is described in United States patent N [deg.] 4,225,383.
Satisfaction is also obtained with a crosslinkable styrene-butadiene latex containing 60% styrene and
40% butadiene and with a styrene-butadiene latex
<EMI ID = 8.1>
Other latexes which give satisfaction in the process of the invention can be determined by routine tests, the main criteria required of such a latex being that it precipitates on the fibers and
the load until exhaustion or almost, that it ensures a good retention and that it provides a suitable resistance with high contents of loads to allow the printing in offset or rotogravure when it is used at levels not exceeding not about 7%. These routine tests can be carried out using a composition of 3 to 7% of the latex tested and a mixture,
in equal parts, a load of clay and wood pulp on a Noble and Wood test sheet machine or any other equivalent laboratory production machine
of paper, with recycling of white water using a normal 0.15 mm sieve, the sheet of paper being pressed once in a Noble and Wood felt press or in an equivalent press, then dried by contact. A suitable ionic latex is capable of reaching the state of exhaustion or almost if, during the test, the sheet of paper leaves the metallic fabric without leaving behind it
residual latex; it ensures good retention if, during such a test, approximately 75% or more, and preferably at least 88% of the filler and of the fiber are retained; and it gives good resistance if, during such a test, the resulting sheet of paper has a Mullen value of at least 10%, and preferably at least 16%.
In all the combinations of composition described above, treatment on the paper machine at the size press or downstream in the case of an external treatment, for example coating or bonding, is desirable so that the 'the best results are obtained, as is also the case in the production of normal paper.
The material used, for example in the 'sizing press, can be chosen from those normally used, comprising starch glue or polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, styrene-butadiene latex, latexes acrylic, clay, titanium dioxide, calcium carbonate, talc and other materials commonly used for coating paper, as well as any combination of these materials to obtain the appropriate surface suitable for printing or any other end use. "Starch glue" means unmodified potato starch, starch
tapioca, corn starch, anionic starch and derivatives of these starches. A particularly suitable material is ethyl corn starch, having a solids content of 8-12%, and an example of such a material is the type "Penford Gum 280" (Penick and Ford) which is
a hydroxyethylated corn starch, substituted at 2% and with a fluidity of 80. It can be applied at a rate of 15-
100 kg per tonne, and preferably 30 to 75 g per tonne.
The following examples are given for illustrative purposes only. Since good resistance is the most important characteristic of the resulting paper, the resistance values are given below in Mullen percentage, these values being obtained by dividing
the ratio of 0.454 kg / 6.45.10 -4 m <2> by force of
306 m <2> of paper.
EXAMPLE 1
Two sets of test sheet runs are prepared on a Noble and Wood sheet machine. The filler comprises 50% kaolin and 50% talc. The two compositions contain 5% latex and 0.195 kg of cationic polymer per ton. The latex of the first charge is the anionic latex "XD-30374.01" from the company Dow Chemical and that of the second charge is the amphoteric latex "P-57" from the company Rohm & Haas, the pH of the composition being adjusted to 4.5, which makes the latex cationic.
Retention is good; the resistance is suitable; and no residue remains on the sieve in the two test series. However, the charge of the resulting paper is more concentrated in the paper produced with the cationic latex, which indicates larger flakes.
and more stable.
EXAMPLE 2
Using a Noble and Wood leaf laboratory machine, samples are prepared with a composition of 55% kaolin, 45% wood pulp comprising a mixture of 75% hardwood and 25% softwood, 5 % of anionic latex "Dow XD-30374.01", 0.150 kg per ton of cationic polymer "Dow XD-30440.01", 1.25 kg per ton of dispersed bonding resin ("Neuphor 100")
and 5 kg per tonne of alum.
The quantity of charge retained is 88%, and
the amount of clay present in the paper sheet is 48.9%. The resistance of the paper is 10.9% Mullen.
EXAMPLE 3
Example 2 is repeated, except that the anionic latex of Example 2 is replaced by an amphoteric acrylic latex "Rhoplex P-57", the pH of the system being in the acid values so that the latex is in fact cationic. All the other variables are maintained at values identical to those given in Example 2. The quantity of filler retained is 89.6% and the quantity of clay present in the paper produced is 49.3%.
The resistance of the paper is 16.6% Mullen.
A comparison of Examples 2 and 3 shows the difference in Mullen percentage with substantially the same filler content. These examples show that the cationic latex makes it possible to obtain a sheet which is notably more resistant than the anionic latex, the resistance being expressed as a Mullen percentage.
EXAMPLE 4
A pilot paper machine test is carried out on a normal Fourdrinier machine used at
for testing purposes (the machine has a width and speed less than that of a normal fine paper machine). The composition comprises 46% wood pulp, 54% coating clay consisting of acid flocculated kaolin,
0.25 kg / ton of cationic polymer "Dow XD-30440.01",
6 kg / ton of alum, and 2.5 kg / ton of dispersed bonding resin "Neuphor 100"), in addition, 5% of anionic latex "Dow XD-30374.01". The resulting paper, a force.
123 g / m <2>, is glued to the press and processed at approximately
50-60 kg / tonne with ethyl corn starch.
The retention of the first pass is 73.9%; the resulting paper has a filler content of
44.7% and a resistance of 21.7% Mullen. The total ash retention yield is 66.2%.
EXAMPLE 5
Repeat example 4 to produce paper
70 g / m <2>, when it was 123 g / m <2> in the example
4. The total ash retention yield is
61.3%, with first pass retention of 64.5%.
The resulting paper contains 41.4% of the clay load
and has a resistance of 14.8% Mullen.
EXAMPLE 6
Example 4 is repeated using the same composition, except that the anionic styrene-butadiene latex
is replaced by the cationic styrene-butadiene carboxylated latex "Dow XD-30288.00", used in the same proportion of 5% based on the total solids
dry clay and wood fibers. The total ash retention yield is 68.2% and the retention
on the first pass is 81.4%. The sheet of paper obtained contains 47% of filler and has a resistance of 19% Mullen. If we compare example 6 to the examples
4 and 5, it can be seen that the cationic latex confers better retention and is easier to use than the anionic latex. In addition, the paper obtained in Example 6 is more resistant than that obtained in Example 5.
EXAMPLE 7
Example 6 is repeated, except that the cationic latex is replaced by the same amount of amphoteric acrylic latex "Rhoplex P-57". The total ash retention yield is 83.1% and the first pass retention is 81.6%. The sheet of paper obtained contains 49.2% of filler and has a resistance of
19.6% Mullen.
The process of Example 7 is carried out with a
acid pH, so that in fact the amphoteric latex is cationic. A comparison of example 7 and the example
4 shows that the quantity of charge retained in the example
7 is larger and the resistance is only slightly lower. If we compare with Example 5, we see an increase in retention and resistance. Examples 4-7 show retention at
the first pass and higher ash yields, obtained with cationic and amphoteric latexes, which indicates that these latexes act better in the acid process
papermaking.
EXAMPLE 8
By means of Fourdrinier's pilot machine,
paper is produced from a composition comprising
50% wood pulp, 50% kaolin for coating, 5%
anionic carboxylated styrene-butadiene latex "Dow XD-30374.01", 2.5 kg / tonne of "Neuphor 100" and 6 kg / tonne of alum. The ash yield is 74.9% and the retention at the first pass is 74.5%. The paper is
not glued on the outside. The paper obtained contains 42.8%
load and it has a resistance of 15.3% Mullen. EXAMPLE 9
Example 8 is repeated, except that the amount of
pulp used in the composition is reduced to
46% and the quantity of kaolin for coating is high
at 54%. In addition, the latex used is the amphoteric acrylic latex "Rhoplex P-57", which is cationic under the conditions of use. The ash yield is
73.19% and retention on the first pass is
76.7%. The product obtained contains 46.6% of charge and
it has a resistance of 13.5% Mullen.
EXAMPLE 10
Example 8 is repeated, except that the relative amounts of kaolin and wood pulp are adjusted to give 55% clay and 45% wood pulp. The ash yield is 66% and the retention at the first
pass is 66.1%. The product obtained contains 44.7% filler and has a resistance of only 9.8% Mullen.
Examples 8-10 show that, although the
anionic latex is similar to cationic latex in that
which relates to the yield when the composition contains not more than approximately 50% of filler, the yield which
one obtains with such an anionic latex drops considerably, in particular with respect to the resistance of the product, when the quantity of the filler in the suspension reaches
55%.
EXAMPLE 11
Using the pilot paper machine, paper is produced from a composition comprising 46% wood pulp and 54% filler, 50% of which is talc and 50% clay. The composition also contains 5% anionic carboxylated styrene-butadiene latex "Dow XD-30374.01", 2.5 kg / tonne of "Neuphor 100" resin, 6. kg / tonne of alum and 0.25 kg / tonne of cationic polyacrylamide "Dow XD-30440.01". The ash yield is 73.9% and the retention at the first pass is 79.5%.
The paper obtained is treated with a size press with starch. Its filler content is 50.9%
and its resistance is 20.9% Mullen.
EXAMPLE 12
Example 11 is repeated, except that the filler used comprises 46% talc and 54% clay. Strength
<EMI ID = 9.1>
is 76.8% and retention on the first pass of
83.6%. The paper obtained contains 46.9% of filler and has a resistance of 20% Mullen.
EXAMPLE 13
Example 12 is repeated, except that the 5% anionic styrene-butadiene latex is replaced by
5% acrylic amphoteric latex "Rhoplex P-57". The ash yield is 78.2% and the retention at the first pass is 87.9%. The product contains 49.3% filler and has a resistance of 22.1% Mullen.
A comparison of examples 12 and 13 shows
again the superiority of amphoteric acrylic latex, which is cationic in use, over anionic latex, the other variables remaining constant. EXAMPLE 14
Example 13 is repeated, except that the amount of filler is brought to 54% and that the relative amounts of talc and clay are modified to give 21.5%
talc and 78.5% clay. The ash yield is
72.6% and retention on the first pass is 87.8%. The paper obtained contains 50.9% of charge and has
a resistance of 17.1% Mullen.
A comparison of Examples 14 and 13 shows
that the resistance is reduced in Example 14, although the retention remains very high.
EXAMPLE 15
Example 12 is repeated, except that the strength of the
<EMI ID = 10.1>
twice the strength of the paper of Example 12. The ash yield is 83.4% and the retention on the first pass is 83.6%. The paper obtained contains
49.8% load and has a strength of 26.5% Mullen.
A comparison of Examples 15 and 12 shows that an increase in strength, all other factors remaining constant, results in a notable increase in the resistance of fine paper, with a high filler content, made up of a mixture of talc and clay. . The examples
11-15 show the association's synergistic action
clay and talc, these examples also showing
<EMI ID = 11.1>
synergy by using all satisfactory latexes, talc being however particularly effective with amphoteric latex, because it then produces a more resistant compound paper.
EXAMPLE 16
The sheets of paper obtained in Examples 4, 7 and 14 are printed on a full-size, full color "Mhiele 1000" offset machine, without problems, with inks intended for coated paper. All these papers have sufficient strength to withstand the printing operation, the press operating at
180 m / min.
EXAMPLE 17
A comparative test is carried out to determine the savings made in the production of fine paper according to the invention. Four paper compositions are prepared and paper is produced from these compositions. The first composition, intended for the comparative test or control test, comprises 90% of wood fibers (75% of hardwood and 25% of softwood), 6 kg / ton of alum, 2.5 kg / ton of resin and 10% kaolin.
Samples 1, 2 and 3, produced in accordance with the invention, include analogous compositions, except that each of these samples contains 5% of amphoteric acrylic latex "Rhoplex P-57", as well as larger amounts of kaolin, namely 40% clay for sample 1, 50% clay for sample 2 and
60% clay for sample 3.
The four samples are dried so that their moisture content is reduced to 5% at the end of the machine. The results are given in Table I below.
<EMI ID = 12.1>
<EMI ID = 13.1>
As indicated in the preceding table, the control paper containing 10% of clay and not containing latex, exhibits, after pressing, a dryness of 29.34% whereas a paper with 60% of clay and 5% of latex, produced and pressed in an identical manner, exhibits, after pressing, a dryness of 40.36%. Therefore, the paper
with a high content of filler requires much less steam heating to be brought back, by drying, to a moisture content of 5% and this therefore results in significant energy savings as indicated in
table. In addition, since the drying requested
is lower, the production speed is increased, as indicated.
EXAMPLE 18
A series of test sheet comparisons
is carried out using different latexes and different filler contents. All the compositions are the same, except for the differences indicated in Tables II and III, these tables also giving the results of the comparisons.
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1>
<EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1>
EXAMPLE 19
To compare the process described in British patent N [deg.] 1 505 641 cited above with the process of the invention, a series of comparative tests is carried out. In accordance with the example of the aforementioned patent, the composition comprises 50 parts of cellulose fibers, 48 parts
filler and 5% latex based on the total amount of cellulose fiber and filler. In the tests, carried out in accordance with the abovementioned British patent, the filler is calcium carbonate which is pretreated with the latex. In the tests according to the invention, the filler is clay or a mixture in equal parts of clay and talc. When an anionic latex is used, it is the anionic carboxylated styrenebutadiene latex "Dow XD-30374.01". When a cationic latex is used, it is the "Rhoplex P-57" latex.
The paper is formed on a laboratory hand machine. The results are given in Table IV.
TABLE IV
<EMI ID = 18.1>
It appears from the second test indicated in Table IV above that the process described in the British patent is not suitable for use at an acid pH, since the latex does not adequately protect the calcium carbonate which, to a certain extent, reacts with acid and causes foaming; 8% of the charge
are lost by reacting with alum and it appears that calcium carbonate buffers the system at a pH of
5.5. In the tests carried out with an acidic pH, the targeted pH is 4.5, this pH being obtained by the addition of alum.
The resistance of the test sheets produced
using the amphoteric cationic latex exceeds the resistance obtained with the process described in the aforementioned British patent, at the level of charge chosen. The process
of the British patent, with an alkaline pH of 7.5, retains
39.1% of the charge with a Mullen rate of 8.2%. The amphoteric cationic latex, combined with clay and talc, retains
40.9% of the charge with a Mullen rate of 14% and this result is therefore higher than that obtained with the process
of the aforementioned patent.
EXAMPLE 20
A series of passes are carried out on a life-size Fourdrinier paper machine. The feed composition of the machine comprises 50% wood fibers, 25% kaolin (of the "Kaopaque 10" type) and 25% Yellowstone talc, the fiber comprising 35-40% pulp. hardwood kraft and 10-15% softwood kraft pulp,
based on the total solid content of the composition. Amphoteric latex "P-57" is introduced into the box
of the machine, at a rate of 4.4% based on the total weight of solids in the composition. Bonding resin is also introduced into the machine body, at a rate of 3.8 kg / tonne. We add alum at the rate of
10 kg / ton and "Dow XD-30440.01" latex at a rate of
1.6 kg / ton, on the suction side of the body pump
of the machine. A cationic polymer "Betz 1260" is added upstream of the paste arrival box, rightly so. about 0.2 kg / tonne. After the paper has been formed, an adhesive of the "Penford Gum 280" type with 10% solids is applied to the size press, this adhesive being taken
at a rate of 55.5-58.5 kg / tonne. The machine speed is 180 m / min with a production rate of 4 to 4.5 t / h.
Table V shows the average of the results
on eight passes. Table VI shows the average of the results over eight passes made after bonding. Table VI shows the average of the results obtained with the base sheets.
The results are generally excellent, with a very high resistance to load contents of 40%. First pass retention levels are between 60 and 80%. The leaves are easily dried, which increases the production rate. Several rolls are successfully printed, with no noticeable buildup on the printing presses.
The tensile characteristics of the papers thus produced are given in Table VII.
TABLE V
Average results after bonding
<EMI ID = 19.1>
TABLE VI
AVERAGE SHEET RESULTS
BASIC
<EMI ID = 20.1>
NOTE: Sample taken before the size press
the end of the test.
<EMI ID = 21.1>
<EMI ID = 22.1>
EXAMPLE 21
Using the same machine as that used in Example 20, a series of passes is made to produce papers whose forces are respectively 89.0;
74.2; and 66.8 g / m <2>, these papers containing 32-42% load. The same process is followed as that described in Example 20, although the relatively large amounts of softwood relative to the hardwood are used in the production of 74.2 and
89.0 g / m <2>. As previously, the results obtained are excellent, the paper drying quickly and having an excellent printability. The results obtained are given in Tables VIII to XI.
TABLE VIII
AVERAGE TEST RESULTS
Games n [deg.] Games n [deg.] Games n [deg.] Game n [deg.]
534-544 545-547 548-551 552
<EMI ID = 23.1>
<EMI ID = 24.1>
<EMI ID = 25.1>
PAINTINGS
I.G.T.PRINT TEST RESULTS
Applicator with bar: Ink n [deg.] 7; spring tension A; "Westvaco" pressure of 50 daN
<EMI ID = 26.1>
NOTE: 126 indicates no socket.
TABLE XI
MATERIAL ANALYSIS
<EMI ID = 27.1>
<EMI ID = 28.1>
It goes without saying that many modifications can be made to the method described and shown without departing from the scope of the invention.
CLAIMS
1. Process for the high-speed production of fine paper containing a mineral filler, which consists
preparing a paper composition comprising papermaking fibers, a mineral filler and a retention aid, forming a continuous sheet of wet paper from said composition, drying this continuous sheet and treating the surface of the dried sheet, the method being characterized in that it consists in preparing said fine paper with a thickness of 0.04 to 0.4 mm and a force of 44.5 to 222.5 g / m <2>, contain-
<EMI ID = 29.1>
mineral filler, and having a sufficient tensile strength and resistance in the Z direction to withstand rotogravure or offset printing at high speed, the paper composition comprising an amount of mineral filler sufficient for it to remain at the interior in the continuous sheet of paper formed, said
30-70% of mineral filler, the latter being compatible with the system, at least one retention aid comprising a cationic polymer, said papermaking fibers and 3-7% of ionic latex, on
the base of the dry composition, the ionic latex being chosen from latexes which confer good retention of the mineral charge without appreciable reduction in resistance, which have an opposite electrical charge and less than the sum of the charges of the other ingredients of
the composition, and which precipitate on the fibers and the fillers until exhaustion or almost.