DE68911372T2

DE68911372T2 - Papierbeschichtungszusammensetzung.

Info

Publication number: DE68911372T2
Application number: DE68911372T
Authority: DE
Inventors: Susumu Mitsui; Kenji Tsunekawa
Original assignee: Somar Corp
Current assignee: Somar Corp
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-05-20
Also published as: DE68911372T3; EP0343007B2; FI892413A; JPH049238B2; EP0343007A3; AU619007B2; AU3503089A; EP0343007A2; NO892023D0; DE68911372D1; FI892413A0; JPH0253996A; NO174820C; NO892023L; FI95299B; EP0343007B1; NO174820B; FI95299C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Beschichtungszusammensetzung zur Herstellung beschichteter Papiere und im besonderen eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung zum Auftragen auf Papier zwecks Verbesserung seiner Oberflächeneigenschaften wie Glätte, Glanz und Druckeignung. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein beschichtetes Papier mit einer Oberfläche, die mittels der vorgenannten Beschichtungszusammensetzung hergestellt wurde.
DE-A-3603392 legt die Verwendung von Acrylsäure- oder Methacrylsäurepolymeren als Mahlhilfsmittel und Dispersionsstoffe für weiße Pigmente wie z.B. Titaniumdioxid und Kaolin für die Herstellung wäßriger Piginentaufschläinmungen für Beschichtungszusaminensetzungen offen.
Eine bekannte Beschichtungszusaminensetzung enthält ein weißes Pigment wie z.B. Kaolin, ein Bindeinittel, einen Latex und ein Dispersionsmittel. Zur Steuerung der Viskosität, des Fließvermögens und des Wasserhaltevermögen einer solchen Beschichtungszusaminensetzung kommt darüber hinaus ein Zusatzstoff wie Natriumalginat oder Carboxymethycellulose zum Einsatz.
Diese bekannten Zusatzstoffe weisen einen Nachteil auf, da bei ihrer Verwendung in einer für das gewünschte Wasserhaltevermögen ausreichenden Menge die Viskosität der Zusammensetzung so groß ist und das Fließvermögen gleichzeitig so stark abnimmt, daß eine Schnellbeschichtung unmöglich wird. Andererseits kann das Wasserhaltevermögen der Beschichtungszusammensetzung nicht genügend verbessert werden, wenn die Zusatzstoffe in einer Menge verwendet werden, die eine akzeptable Viskosität und ein hinreichendes Fließverhalten ermöglichen. Beim Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf ein zu behandelndes Papier erweist sich ein geringes Wasserhaltevermögen als nachteilig, da sich das Wasser aus der Beschichtungszusammensetzung absetzt und zusammen mit einem Teil des Bindemittels in das Papier eindringt, so daß Glätte, Druckeigenschaften und sonstige Oberflächeneigenschaften der so erzielten Beschichtung nicht den Anforderungen entsprechen.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Behebung der vorgenannten Probleme der bekannten Beschichtungszusammensetzungen.
Einerseits betrifft die vorliegende Erfindung eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung, bestehend aus:
(i) einem weißen Pigment;
(ii) einem Bindemittel;
(iii) einem Zusatzstoff, bei dem es sich zumindest um einen Stoff aus einer Gruppe von Acrylsäure-/Methacrylsäure-Copolymeren und Copolymere der nachstehend genannten zwei Monomere handelt:
(a) eine ungesättigte Säure der Formel:
CH&sub2; = CR¹COOH
worin R¹ für Sauerstoff oder eine Methylgruppe steht, und
(b) einen ungestättigten Ester der Formel
CH&sub2; = CR²COOR³
worin R² für Wasserstoff oder eine Methylgruppe und R³ für eine Alkylgruppe mit 2 - 4 Kohlenstoffatomen steht, wobei der Zusatzstoff in einer Menge von 0,001 - 2 %, bezogen auf die Masse des weißen Pigments, enthalten ist, und
(iv) einem Polyol.
Andererseits betrifft die vorliegende Erfindung ein beschichtetes Papier, das durch Auftragen der vorgenannten Zusammensetzung auf die Papieroberfläche hergestellt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im einzelnen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen speziellen Zusatzstoff, d. h. ein Acrylsäure-/Methycrylsäure-Copolymer und/oder ein Copelyer der (a) Acrylsäure oder Methacrylsäure und (b) eines Alkylacrylats oder Alkylmethacrylats gemeinsam mit einem Polyol, enthält. Die Alkylgruppe des Monomers (b), d.h. das Alkylacrylat oder Methacrylat, weist 2 - 4 Kohlenstoffatome auf. Der Zusatzstoff hat vorzugsweise eine mittlere Molekülmasse von 5 000 bis 500 000. Wichtig ist, daß auf die Masse des weißen Pigments bezogen der Zusatzstoff in einer Menge von 0,001 bis 2 %, vorzugsweise von 0,01 bis 1 % enthalten ist. Mit einer zu geringen Menge Zusatzstoff, d.h. weniger als 0,001 Masse- %, kann der Zweck der vorliegenden Erfindung nicht erreicht werden. Andererseits erhöht sich die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung bzw. sie geliert, wenn die Menge des Zusatzstoffs 2 Masse-% überschreitet.
Das Acrylsäure-/Methacrylsäure-Copolymer weist normalerweise ein Molverhältnis der Acryl- zur Methacrylsäure von 9:1 bis 3:2, vorzugsweise von 4:1 bis 13:7, und eine mittlere Molekülmasse von 10 000 bis 100 000 auf. Das Copolymer der Säure (a) und des Esters (b) weist normalerweise ein Molverhältnis der Säure (a) zum Ester (b) im Bereich von 19:1 bis 1:1, vorzugsweise von 4:1 bis 3:2, und eine mittlere Molekülmasse von 60 000 bis 300 000 auf.
Die Verwendung des spezifischen Copolymer-Zusastzstoffes verleiht der Zusammensetzung ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf Wasserhaltevermögen, Viskosität und Fließvermögen, und diese Eigenschaften werden durch den gleichzeitigen Einsatz des Copolymer-Zusatzstoffes und von Polyol noch weiter verbessert, wodurch mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung Papier mit ausgezeichneten Eigenschaften, wie z.B. Bedruckbarkeit und Glanz, hergestellt werden kann.
Als Beispiele geeigneter Polyole können Glycerin, Alkylenglykole wie Ethylenglykol und Propylenglykol sowie Polyalkylenglykole wie Polyethylenglykol und Polypropylenglykol genannt werden. Die Verwendung von Glycerin wird besonders bevorzugt. Das Polyol wird normalerweise in einer Menge von 1 bis 20 %, vorzugsweise von 5 bis 15 %, bezogen auf die Masse des Copolyerms, eingesetzt.
Jedes bekannte weiße Pigment, das normalerweise in einer Beschichtungszusammensetzung zum Einsatz kommt, kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispiele geeigneter Pigmente sind Tonerde, Calciumcarbonat, Kaolin, Talkum, Titaniumoxid, Aluminiumhydroxid, Siliciumdioxid, Zinkoxid, aktivierte Terra alba, saure Terra alba, Lack, Diatomeenerde, Kunststoffpigmente und ein Gemisch derselben. Der Masseanteil des weißen Pigments in der Beschichtungszusammensetzung beträgt im allgemeinen 40-70 %.
Als Bindemittel kann ein Latex oder eine Lösung synthetischer oder natürlicher Polymere mit hoher Molekülmasse verwendet werden. Styrol-/Butadien-Copolymere, Styrol-/Acryl- Copolymere, Vinylacetat-/Acryl-Copolymere, Ethylen-/Vinylacetat-Copolymere, Butadien- /Methylmethacrylat-Copolymere, Vinylacetat-/Butylacrylat-Copolymere, Styrol- /Maleinanhydrid-Copolymere, Isobuten-/Maleinanhydrid-Copolymere, Acrylsäure- /Methylmetacrylat-Copoylmere, wasserlösliche Stärke, Kasein und Sojabohnenprotein können als Beispiele bindemitteltauglicher Polymere genannt werden. Der Bindemittelgehalt beträgt normalerweise 3 bis 30 %, vorzugsweise 7 bis 20 %, bezogen auf die Masse des weißen Pigments.
Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung enthält darüber hinaus ein Dispersionsmittel wie Natriumpolyacrylat, Natriumhexametaphosphat oder Natriumpyrophosphat.
Zur Herstellung eines beschichteten Papiers wird die erfindungsgemäße Beschichtungszusainmensetzung in geeigneter Weise auf einer oder beiden Seiten eines Papiers, beispielsweise holzfreies Papier, Holzschlifft,apier oder Karton, aufgetragen. Der Auftrag der Beschichtung kann in bekannter Weise in einer Holländermesser-, Walzen-, Luftmesser- oder Kurzzeit-Beschichtungsanlage erfolgen.
Die vorliegende Erfindung soll an den nachstehenden Beispielen erläutert werden.

Herstellung der Beschichtungsflüssigkeit:

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde eine Beschichtungsflüssigkeit mit folgender Zusammensetzung hergestellt: Bestandteil Menge (Masseteile)Pigment Tonerde Schweres Calciumcarbonat Bindemittel Latex *1 Oxidierte Stärke Dispersionsmittel *2 Zusatzstoff *3 Wasser * 1 Styrol-/Butadien-Latex (L-1622, Hersteller: Asahi Kasei Kogyo K.K.) * 2 Natriumpolyacrylat (SDA-40N, Hersteller: Somar Corporation) * 3 Methacrylsäure-/Ethylacrylat-Copolymer (Hersteller: Rohm & Haas), hier als Copelymer A bezeichnet.

Vergleichsbeispiel 2

Durch Austausch des in Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Zusatzstoffs mit einem Methacrylsäure-/Butylacrylat-Copolymer (Hersteller: Rohm & Haas), hier als Copolymer B bezeichnet, wurde eine Beschichtungsflüssigkeit hergestellt.

Beispiel 1

Durch Austausch des in Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Zusatzstoffs mit einem Gemisch aus 10 Masseteilen des Methacrylsäure-/Ethylacrylat-Copolymers (Copolymer A) und 1 Masseteil Glycerin wurde eine Beschichtungsflüssigkeit hergestellt.

Beispiel 2

Durch Austausch des in Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Zusatzstoffs mit einem Gemisch aus 10 Masseteilen des Methacrylsäure-/Butylacrylat-Copolymers (Copolymer B) und 1 Masseteil Glycerin wurde eine Beschichtungsflüssigkeit hergestellt.

Beispiel 3

Durch Austausch des in Beispiel 1 verwendeten Zusatzstoffs mit einem Gemisch aus 10 Masseteilen eines Acrylsäure-/Methacrylsäure-Copolymers (Copelymer C, mittlere Molekülmasse: 70 000) mit 1 Masseteil Glycerin wurde eine Beschichtungsflüssigkeit hergestellt.

Beispiel 4

Durch Austausch des in Beispiel 3 verwendeten Copolymers C mit einem Acrylsäure- /Methacrylsäure-Copolymer (Copolymer D, mitflere Molekülmasse: 40 000) wurde eine Beschichtungsflüssigkeit hergestellt. Vergleichsbeispiel 3 Durch Austausch des in Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Zusatzstoffs mit Carboxymethylcellulose (CMC) wurde eine Beschichtungsflüssigkeit hergestellt.

Vergleichsbeispiel 4

Durch Austausch des in Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Zusatzstoffs mit Natriumalginat wurde eine Beschichtungsflüssigkeit hergestellt.

Vergleichsbeispiel 5

Durch Austausch des in Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Zusatzstoffs mit Wasser wurde eine Beschichtungsflüssigkeit hergestellt.

Eigenschaften der Beschichtungsflüssigkeiten

Die vorgenannten Beschichtungsflüssigkeiten wurden in der nachstehend genannten Weise auf Viskosität, Fließvermögen und Wasserhaltevermögen geprüft:

(1) Viskosität vom B-Typ (in mPas):

Messung bei einer Drehzahl von 60 min-1 nach dem TAPPI Standard T648 Su-72.

(2) HS-Viskosität (in mPas):

Messung mit einem HIGH-SHARE-Viskosimeter mit hoher Schergeschwindigkeit (Hersteller: Seiki K.K.) bei einer Drehzahl von 4000 min&supmin;¹.

(3) Fließvermögen:

Wird durch die nachstehende Gleichung (je geringer, desto besser) bestimmt:
Fließvermögen = (viskosität der Beschichtungszusammensetzung)/(Viskosität der wäßrigen Phase der Beschichtungszusammensetzung*)
Die Zusammensetzung wird in einem ersten Schritt durch Zentrifugation in eine flüssige (wäßrige) und eine feste Phase getrennt. Danach wird die Viskosität der flüssigen Phase gemessen.

(4) Wasserhaltevermögen:

Messung nach der S&D Warren-Methode (je größer, desto besser).
Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Herstellung von beschichtetem Papier:

Jede der vorgenannten Beschichtungsflüssigkeiten wurde auf einer Seite eines Papiers mit einer Masse von 60 g/m² je Bogen aufgetragen und danach getrocknet. Das fertige beschichtete Papier hatte eine Masse von 75 g/m² je Bogen.

Eigenschaften des beschichteten Papiers:

Die auf diese Weise hergestellten beschichteten Papiere wurden wie folgt auf Glanz, Weißgehalt, Glätte und Rupfwiderstand geprüft:

(1) Glanz:

Messung nach dem Japanischen Industriestandard JIS P8142 (1965).

(2) Weißgehalt:

Messung nach dem Japanischen Industriestandard JIS P8123 (1961).

(3) Glätte:

Messung nach dem Japanischen Industriestandard JIS P81 19 (1976).

(4) Rupfwiderstand:

Trockenrupfen und Naßrupfen wurden mittels eines Druckeignungsprüfgerätes (R.I.-Prüfgerät, Hersteller: Akira Seisakusho K.K:) geprüft und einer von fünf möglichen Bewertungsstufen zugeordnet (je höher, desto besser).
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammemgefaßt. Tabelle 1 Beschichtungsflüssigkeit Zusatzstoff Eigenschaften der Beschichtungsflüssigkeit Eigenschaften des beschichteten Papiers B-Viskosität (mPas) HS-Viskosität (mPas) Fließvermögen Wasserhaltevermögen Glanz Weißgehalt Glätte (sek.) Trockenrupfen Naßrupfen Vergleichsbeispiel Beispiel Copolymer A Copolymer B Copolymer A + Glycerin Copolymer B + Glycerin Copolymer C + Glycerin Copolymer D + Glycerin CMC Natriumalginat

Claims

1 .Wässrige Beschichtungszusammensetzung, mit:

(i) einem weißen Pigment;

(ii) einem Binder; und

(iii) einem Zusatz, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz

(iii) mindestens ein Teil ist, welcner aus acrylischen Säure/methacrylischen Säure Copolymeren und Copolymeren aus den folgenden zwei Monomeren ausgewählt wird:

a) einer ungesättigten Säure der Formel:

CH&sub2; CR¹COOR³

worin R¹ für Sauerstorf oder eine Methylgruppe steht, und

b) einem ungesättigten Ester der Formel:

CH² CR²C0OR³ worin R² für Wasserstoff oder eine Methylgruppe steht und R³ für eine Alkylgruppe mit 2-4 Kohlenstoffatomen steht, wobei der Zusatz in einer Menge von 0.001-2%, basierend auf dem Gewicht des weißen Pigments, vorliegt und daß die Zusammensetzung weiterhin umfaßt

(iv) ein Polyol.

2.Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Zusatz ein Copolymer der Säure (a) und des Esters (b) mit einem Mol-Verhältnis der Säure (a) zum Ester (b) im Bereich von 19:1 bis 1:1 ist.

3.Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Zusatz ein Copolymer von acrylischer Säure und methacrylischer Säure mit einem Mol-Verhältnis der ersteren Säure zu der letzteren Säure von 9:1 bis 6:4 ist.

4.Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Zusatz ein durchschnittliches Molekulargewicht von 5,000 bis 500,000 hat.

5.Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 4, wenn abhängig von Anspruch 2, worin das Copolymer der Säure (a) und des Esters (b) ein durchschnittliches Molekulargewicht von 60,000 bis 300,000 hat.

6.Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 4, wenn abhängig von Anspruch 3, worin das acrylische Säure/methacrylische Säure Copolymer ein durchschnittliches Molekulargewicht von 10,000 bis 100,000 hat.

7.Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Gehalt des Zusatzes 0.01-1%, basierend auf dem Gewicht des Pigments, beträgt.

8.Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das weiße Pigment mindestens ein Teil ist, welcher aus Ton, Calcium-Carbonat, Kaolin, Talk, Titanoxid, Aluminiumhydroxid, Kieselerde, Zinkoxid, aktivierter Terra Alba, saurer Terra Alba, Pigmentfarbe, Diatomeenerde und Kunststoffpigmenten ausgewählt wird.

9.Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Binder mindestens ein Teil ist, welcher aus Styrol/Butadien Copolyrneren, Styren/Acryl Copclymeren, Vinyl Acetat/Acryl Copolymeren, Ethylen/Vinyl Acetat Copolymeren, Butadien/Methyl Methacrylat Copolymeren, Vinyl Acetat/Butyl Acrylat Copolymeren, Styrol/Malein Anhydrid Copolymeren, Isobuten/Malein Anhydrid Copolymeren, Acrylischen Säure/Methacrylatischen Copolymeren, wasser-löslicher Stärke, Casein und Soja-Bohnen Protein ausgewählt wird.

10. Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Inhalt des Binders 3 bis 30%, basierend auf dem Gewicht des Pigments, beträgt.

11.Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche weiterhin ein Dispergierungsmittel umfaßt.

12.Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Polyol ein Teil ist, welches aus Ethylen Glycol, Propylen Glycol, Polyethylen Glycol, Polypropylen Glycol und Glycerin ausgewählt wird.

13.Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Polyl in einer Menge von 1-20%, basierend auf dem Gewicht des Copolymers, verwendet wird.

14.Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 13, worin das Polyol in einer Menge von 5-15%, basierend auf dem Gewicht des Copolymers, verwendet wird.

15.Beschichtetes Pappier, erzielt durch ein Verfahren, welches die Beschichtung einer Zusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche über die Oberfläche eines Papiers und die Trocknung der resultierenden beschichteten Schicht umfaßt.