CA1175605A - Compositions de couchage pour materiaux cellulosiques - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de préparation d'une composition de couchage pour matériaux à base de fibres cellulosiques d'une teneur en matières sèches égale ou supérieure à 40%. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on utilise à titre de pigment de couchage une zéolithe répondant à la formule générale: Na2O, Al2O3, 2 SiO2, x H2O (I) dans laquelle x varie de 1 à 8, et ayant une dimension particulaire inférieure à 5 .mu., que l'on disperse dans l'eau en présence d'un dispersant. Les zéolithes de formule (I) peuvent être incorporées au bain de couche en forte proportion sans provoquer de perturbation rhéologique. Leur présence entraîne une amélioration de certaines propriétés importantes des papiers et cartons couchés.

Description

La présente invention concerne un procédé de préparation de compositions de couchage pour matériaux à
base de ~i~res cellulosiques, Afin d'améliorer l'aspect de surface des papiers ou cartons et surtout leurs caractéristiques d'imprimabilité, le fabricant de papier procède fréquemment à l'opération dite de couchage. La technique consiste au moyen d'un dispositif approprié, à déposer sur l'une ou les deux faces du papier ou carton une couche constituée d'un ou plusieurs pigments et d'un ou plusieurs liants ainsi qu'en moindre quantité, d'un certain nombre de produits auxiliaires.
Parmi les pigments les plus utilisés dans le c~uchage du papier~ on trouve très loin en t8te le kaolin et le carbo-nate de calcium naturel ou précipité. Viennent ensuite, mais dans des proportions nettement inférieures, le blanc satin (Aulfo-aluminate de calcium), le blanc fixe (sulfate de baryum), l'oxyde de titane, l'hydrate d'alumine, le sulfate de calcium dihydraté, le lithopone.
Le bain de couche se présente comme une suspension aqueuse, d'une teneur en matières sèches comprise entre géné-ralement 20 et 60%, dans laquelle les pigments représentent 70 à 95% des matières sèches, les liants de 4 à 28% le reste étant constitué par les produits auxiliaires.
Schématiquement, on peut dire que le pigment de la couche condit~nne plus spécialement les propriétés optiques et d'imprimabilité du papier, le liant servant à assurer l'adhé-sion des particules de pigment sur le papieret leur cohésion entre elles, tout en ayant une action prépondérante sur la rhéologie du bain de couche. Il est bien évident que la na-ture du pigment a des répercussions sur la liaison de la coucheavec le supportet que le liant agit aussi sur les propriétés ~75605 d'imprimabilité des papiers et cartons couchés.
On considérait jusqu'à présent qu'il n'était pas possible d'incorporer au bain de couche des zéolithes en raison de l'épaississement qu'elles provoquaient.
Or il a été tr~uvé contre toute attente que cet inconvénient ne se manifeste pas avec un certain type de z~olithe.
La présente invention a donc pour objet un procédé
de préparation de compositions de couchage pour matériaux à base de fibres d'une teneur en matières sèches égale ou supérieure à 40%, caractérisée en ce que l'on disperse une zéolithe répondant ~ la formule générale:
~ a20, A1203, 2 Si02, x H2O (I) dans laquelle x varie de 1 à 8, et ayant une dimension particulaire inférieure à 5~u, dans l'eau en présence d'un dispersant.
Dans la formule (I), x varie de préférence de 4 à 5.
Les zéolithes de formule (I) ci-dessus, utili-lisables comme pigments de couchage, peuvent être incorpo-rés au bain de couche en forte proportion (par exemple, jusqu'à 100% du pigment sans provoquer de perturbation rhéologique). Leur présence entraine une amélioration de certaines propriétés importantes des papiers et cartons couchés.
Les exemples suivants donnés à titre non limitatif illustrent les avantages apportés par ces pigments.

On utilise un silico-aluminate de sodium de formule ~..,~5i 1:17S605 (I) contenant 20% d'eau et dont les caractéristiques moyennes s'établissent comme suit:
. Surface spécifique 900 - 1100 m2/g . Granulométrie moyenne 2 à 4 jU
. Blancheur (ELREPHO) 95 minimum . Indice de réfraction 1,5 à 1,55 . Densité l,9 à 2,1 g/cm O Perte au feu à 800C l9 à 21%
. Les particules sont de forme légèrement cubique.
On prépare la dispersion aqueuse suivante:
. Zéolithe : 65 parties en sec . Eau : 35 parties . Hexamétaphosphate de Na ~ 0,25% en sec/zéolithe . Polyacrylate de Na : 0,20% en sec/zéolithe La dispersion dans l'eau se fait sous vigoureuse agi-tation comme pour tout autre pigment traditionnel. On obtient une suspension aqueuse à 65% de M.S. environ et de viscosité
116 cps mesurée au viscosimètre BROOKFIELD à 50 t/mn.

La zéolithe définie à l'exemple l est incorporée dans un bain de couche destinée à enduire un papier devant recevoir une impression offset. Un bain de référence ne contenant que du kaolin est préparé simultanément. Dan's les bains suivants, on a substitué à 10, 20 et 30 parties de kaolin l'équivalent de zéolithe.
Formule du bain de couche - Pigment (kaolin anglais et zéolithe) : 100 parties - Dispersant hexamétaphosphate de Na : 0,25 partie - polyacrylate de Na : 0,2 partie - Amidon oxydé : 5 parties en sec - Latex styrène-butadiène carboxylique : 8 parties en sec 11~5605 - Résine mélamine-formol : 0,8 partie en l'état - Matières sèches : 62 %
- L'amidon est éclaté dans l'eau à 95C à 35% de matières sèches.
a) Viscosité des bains Les viscosités des quatre bains bains préparés ont donné les résultats suivants~
TABLEAU I
VISCOSITE BROOKFIELD A 50 t/mn (cps) _ _ . . _................ , Quantité Durée du stockage ;~i kaolin/zéolithe 0 2H :;

La présence de zéolithe a donc nettement tendance a faire baisser la viscosité du bain de couche. C'est un avantage non n~gligeable car cela peut se traduire par la possibilité d'augmenter la teneur en matières sèches des bains tout en conservant des viscosités acceptables.
b) ProPriétés des PaPiers couchés Les bains ont été appliqués à l'aide d'une baguette filetée sur un papier support de type AFNOR UII (100% de pâte chimique blanchie). Les papiers couchés ont été séchés à
l'air puis conditionnés 24 heures à 23C et 50% d'humidité

relative. Ils ont ensuite été calandrés sur une super calandre à 4 pincements, à 80C et sous une pression de 140 kg/cm liné-aire. Les papiers ont ensuite été remis en salle conditionnée.
1 - Blancheur et oPacité des paPierS
La blancheur a eté mesurée à l'appareil ELREPHO au ,.

~17S605 filtre 8 (bande passante centrée sur 457 nm), l'opacité est l'opacité d'impression (fond papier) mesurée au filtre tris-timulus vert.
TABLEAU II

Quantitës kaolin/zéolithe Blancheur ER Opacité %

100/0 78 94,5 90/10 79,1 94,4 1080/20 79,2 94, 3 ~;
70/30 79,4 94,1 L'augmentation de la teneuren zéolithe provoque unaccroissement de la blancheur. Ce résultat est en accord avec la haute blancheur intrineèque du pigment. L'opacité
est peu influencée par la zéolithe.

2 - Brillant On a mesuré la réflexion spéculaire des papiers, à 45 d'incidence, à l'aide d'un brillancemètre.
TABLEAU III
_ Quantités Reflexion spéculaire kaolin/Zéolithe A 45 100/0 30,2 80/20 18,2 70/30 15,4 La présence de zéolithe abaisse très sensiblement 30 la brillance des papiers. Il peut en résulter un précieux avantage pour les papiers couchés mats. En effet, pour obtenir 117S~iOS

des couchés mats avec les pigments traditionnels kaolin et dans une moindre mesure CaCo3, il est nécessaire de pratiquer un calandrage très modéré des papiers. Il en résulte un état de surface moins bon des papiers couchés. Avec la zéolithe, le papier peut donc etre soumis à un calandrage vigoureux sans devenir trop brillant.

3 - Lissé
Mesuré à 1'appareil BEKK et exprimé en secondes.
TABLEAU IV

_ Quantités Lissé BEKK
kaolin/zéolithet en secondes La présence de la zéolithe favorise un haut lissé, c'est-à-dire un bon état de surface des papiers. La perte de brillant observée plus haut n'est donc pas le fait d'une perte de lissé, ce qui peut être très favorable dans le cas des papiers couchés mats.

4 - Résistance à l'arrachaqe sec et humide La résistance à l'arrachage est mesurée à l'appareil I.G.T. sous une pression de 40 kg/cm2 à l'aide des encres à
tirant gradué des Etablissements LORILLEUX.
Pour l'arrachage à sec, l'encre 3806 est utilisée (chute libre du pendule). Les résultats sont ~xprimés en mm de longueur de couche non arrachée.

- Pour l'arrachage humide (évaluation de la tenue de couche en impression offset) la mesure est à vitesse de chute constante du pendule avec les encres 3801 à 3808. Les résultats ~17S605 sont e~primés selon des chiffres conventionnels, ils sont d'autant meilleurs que le chiffre est plus élevé.
- TABLEAU V

Quantité Poids de Résistance à Résistance à
kaolin/ couc~e l'arrachage àl'arrachage zéoli~he g/mG sec humide Encre Longueur non valeur arrachée en mmEncres dc~hagea~

100/0 16,2 60 3801 10 90/10 15,6 87 11,6 80/20 13,8 3806143 à 11,7 70/30 15,6 1 156 3808 11,9 La résistance des papiers à l'arrachage à sec et humide augmente avec la quantité de zéolithe dans le bain de couche. Autrement dit, la demande en liant de la zéolithe est sensiblement inférieure à celle du kaolin, c'est-à-dire que dans une couche contenant de la zéolithe, pour obtenir une résistance à l'arrachage déterminée il faudra moins de 20 liant que pour une couche semblable ne contenant que du kaolin.
Il en résulte un avantage économique évident.

5 - Test porométrique Il donne une indication globale de la perméabilité
à l'encre des papiers. Les papiers couchés sont mis en contact avec l'encre porométrique pendant des intervalles de temps croissants. On mesure, à l'appareil ELREPHO, la réflec-tance résiduaire des taches d'encre sur le papier. Les résul-tats sont exprimés en % de perte de blancheur.

: . . - ~ , TABLEAU VI
:' Quantité Perte de blancheur ELREPHO %
kaolin/zéolithe Temps de contact encre - papier 10 s 30 s 90 s 300 s I ;

100/0 28,6 32,2 38,5 51,0 90/10 29,0 31,1 38,7 49,2 80/20 30,2 33,5 40,2 50,5 70/30 31,6 40,8 59,9 j La porosité globale de la couche augmente légèrement avec la quantié de zéolithe.

6 - Impression à la molette tramée Réalisé sur l'appareil I.G.T. ce test, qui donne une évaluation qualitative de la finesse d'impression, ne fait apparaitre aucune différence significative entre les papiers. Il confirme que la diminution du brillant au calan-drage n'est pas due ~ un état de surface inférieur des papiers contenant la zéolithe.
EXE~PLE 3 Bain de couche pour papier destiné à être imprimé
en héliogravure et contenant un liant synthétique comme seul adhésif.
- Pigment (kaolin anglais et zéolithe : 100 parties de l'exemple 1) - Dispersant: hexamétaphosphate de Na : 0,25 "
polyacrylate de ~a : 0,20 "
- Latex acrylique : 8 parties en sec - Stéarate d'ammonium : 1 partie en sec - Carboxyméthyl cellulose : 2 parties en sec - ~aOH 400 g/l q~s.p. pH 9 - M.S. 62 %

1~5605 a) Viscosité des bains : mesurée au viscosimètre BROOKFIELD
. .
à 50 t/mn TABLEAU VII
_ , . .
QuantitéDurée du stockage kaolin/zéolithe OH 5H
. _ _ 100/0 1360 1040 .

La présence de zéolithe fluidifie le bain d'où la .
po~sibilité d'augmenter les matières sèches des dispersions.
b) ProPriét~s des ~a~iers couchés .
Les formules de couche pr~cédentes sont appliquées sur une coucheuse expérimentale à l'aide du dispositif dit à lame trainante, dans les conditions suivantes:
Lame trainante à réservoir Pression de la lame : 4,2 kg/cm2 Temp~rature de séchage : 75C
Vitesse machine : 40 m/mn Support AFNOR VII de : 70 g/m2 Poids de couche déposée : 11 g/m2 Les papiers couchés sont conditionnés et calandrés comme dans l'exemple II.
On trouvera rassemblé dans le tableau VIII un certain nombre de caractéristiques mesurées sur les papiers couchés.

_g_ TABLEAU VIII

Quantié Bril- Lissé Résistance à l'arrachage i kaolin/ Blancheur lance BEKK à sec IGT:mm de long non zéolithe à 4S En s arrachée - encre 3802 90/10 82,6 27 1190 115 80/20 83,2 25 1270 150 70/30 83,8 20 1340 170 On observe les mêmes tendances que dans l'exemple 2.
La blancheur s'accroit avec la teneur en zéolithe, la brillan-ce décroit, le lissé, c'est-à-dire l'état de surface, s'amé-liore et la résistance à l'arrachage augmente.
La zéolithe s'avère donc particulièrement adaptée pour obtenir des couches de haute blancheur, de brillance modérée ou mate a~r~s calandrage, présentant néanmoins un état de surface remarquable, tout en réduisant au minimum le taux d'adhésif à mettre en oeuvre ce qui rend son emploi particu-lièrement intéressant.

La comparaison est effectuée dans une formule de couche contenant de la caséine comme liant naturel. Il s'agit d'une formule de couche pour impression offset ou typogra-phique.
Formule du bain de couche - Pigment (kaolin anglais et zéolithe : 100 parties en sec de l'exemple 1) - Dispersant : hexamétaphosphate de ~a : 0,25 partie en sec polyacrylate de ~a : 0,2 partie en sec - Caséine : 8 parties en sec - -" 1175605 - Latex butadiène styrène : 10 parties en sec - Stéarate de calcium : 1 partie en sec - Antimousse : 0,5 partie en l'état - ~atières sèches : 40 %
La caséine est solubilisée à l'aide de soude et d'ammoniaque Comme à l'exemple 3, 10, 20 et 30 parties de kaolin ont été remplacées par la zéolithe définie à l'exemple 1.
Les bains sont couchés à l'aide d'une machine expé-rimentale, sur un support AF~OR VII de 70 g/m , au moyen du procédé dit à lame d'air. Compte tenu de la faible viscosité
de ces bains (80 cps au viscosimètre BROOKFIELD) l'influence de la zéolithe est peu importante à ce bas niveau de viscosité.
Les autres propriétés des papiers couchés évoluent sensiblement de la même façon, en fonction du taux de zéolithe, qu'aux exemples 2 et 3. Ainsi, on note une différence de blancheur de 1,7 points entre le bain tout kaolin et le bain à 30 parties de zéolithe (83,2 contre 85). La résistance à l'arra-chage à sec est obtenue à l'encre à tirant gradué 3807 pour le bain tout kaolin et 3808 pour le bain à 30 parties de zéolithe.

Claims (6)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:-

1.- Procédé de préparation d'une composition de couchage pour matériaux à base de fibres cellulosiques d'une teneur en matières sèches égale ou supérieure à 40%, carac-térisé en ce que l'on utilise à titre de pigment de couchage une zéolithe répondant à la formule générale:
Na2O, Al2O3, 2 SiO2, x H2O (I) dans laquelle x varie de 1 à 8, et ayant une dimension particulaire inférieure à 5 µ, que l'on disperse dans l'eau en présence d'un dispersant.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que dans la formule (I), x varie de 4 à 5.

3.- Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractéri-sé en ce que la zéolithe de formule (I) représente jusqu'à
100% de la totalité des pigments.

4.- Composition de couchage pour matériaux à base de fibres cellulosiques d'une teneur en matières sèches égale ou supérieure à 40%, caractérisée en ce qu'elle contient à titre de pigment de couplage une zéolithe répondant à la formule générale:
Na2O, Al2O3, 2 SiO2, x H2O (I) dans laquelle x varie de 1 à 8, et ayant une dimension particulaire inférieure à 5 µ, sous forme de dispersion aqueuse avec un dispersant.

5.- Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que dans la formule (I), x varie de 4 à 5.

6.- Composition selon les revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la zéolithe de formule (I) représente jusqu'à 100% de la totalité des pigments.