DK149029C - Fremgangsmåde ved fremstilling af en støbebelægning på et substrat af papir, pap eller karton - Google Patents

Description

149029

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde ved fremstilling af en støbebelægning på et substrat af papir, pap eller karton og af den i indledningen til krav 1 angivne art.

5 Udtrykket støbebelagt ("cast coated") er velkendt i papirindustrien og er karakteriseret som en belægning eller et overtræk med en exceptionelt spejlende refleks eller glathed, med andre ord en spejlagtig finish.

Som det er velkendt indeholder mineralske belæg-10 ningspærparater til støbte belægninger en hovedandel, mindst , 60% tørvægt, pigment og en mindre andel, under 40% tørvægt, organisk binder. Der har været kendt to almene fremgangsmåder til støbning med sådanne præparater. Den første er beskrevet i USA-patentskrift nr 1.719.166, og i henhold til 15 dette belægges en bane af papir med et mineralsk belægningspræparat, og mens denne belægning endnu er våd og formbar eller plastisk, bringes den i kontakt med en opvarmet, forkromet pladecylinder og fjernes, når den er blevet tør.

På grund af præparatets natur og den store mængde vand må 20 støbecylinderen drives ved en temperatur under 100°C, f.eks. 80-90°C, og processen er nødvendigvis langsom, idet belægningen i almindelighed kun påføres på substratet med en hastighed på under 30 meter pr. minut, selv når der bruges en stor og dermed kostbar støbecylinder, f.eks. en cylinder med 25 en diameter på 3,7 meter.

Ved den anden fremgangsmåde, der er beskrevet i USA-patentskrift nr. 2.919.205, blev processens produktivitet forøget væsentligt ved gelering af det vandige belægningspræparat, efter at det var blevet påført på banen, men før 30 det blev bragt i kontakt med støbecylinderen. Geleringen gav mange fordele. Således var den tørre belægnings tykkelse nogenlunde den samme som den oprindelige vådtykkelse, vandet løb hurtigere af belægningen, fordi pigmentet blev gjort ubevægeligt i voluminøs belægning, og belægningen havde bed-35 re kohæsion og mindre adhæsion og var derfor mindre tilbøjelig til at hænge fast ved støbecylinderen. Der er blevet foreslået forskellige geleringsmetoder, men den, vi har fundet 2 149029 mest tilfredsstillende, har indebåret opvarmning af belægningen for at aktivere en reaktion, som i USA-patentskrift nr. 3.356.517. Således består en typisk fremgangsmåde i, at man påfører det vandige overtræk, opvarmer det tilstrækkelig meget til at bevirke gelering og derefter presser det mod støbecylinderen ved en høj temperatur, f.eks. 120° C, idet trykket i almindelighed udøves af en elastisk rulle. Den opvarmning, der behøves til at fremkalde geleringen, er forholdsvis lille, og selvom den kan føre til nogen tørring, er produktet stadig vådt, når det støbes. Trods dette kan produktet frembringes tilfredsstillende ved f.eks. tre gange så stor hastighed som ved den første fremgangsmåde og med en mindre cylinder.

Fremgangsmåden med en geleret belægning har imidlertid visse ulemper. For det første er binderen i almindelighed baseret på kasein eller andre proteinholdige klæbestoffer af høj kvalitet, og disse kan variere i kvalitet og være tilgængelige i begrænset omfang. For det andet er det ikke muligt at tørre det belagte substrat i noget væsentligt omfang før støbningen. Det skyldes, at tørring af den gelerede belægning resulterer i uopløseliggørelse, så selv om man be-fugter belægningen før støbningen, opnår man forringede resultater. Eftersom man ikke kan tørre belægningen i væsentlig grad under støbningen og eftersom det er kommercielt ønskeligt at bruge høje støbetemperaturer, udvikler der sig højt damptryk i banen under dens passage gennem støbe-klem-valserne, og hvis fiberbanen har lav porøsitet eller er svag med hensyn til indre bindestyrke, så vil banen blive sprængt i stykker, når den forlader klemvalserne. Tilsvarende vil eventuelle lokale, tætte områder, der ikke er ualmindelige selv i papir og karton af høj kvalitet, i banen resultere i, at der opbygges lokale tryk, og dette kan føre til, at der dannes blærer. En anden vanskelighed stammer fra en tendens til uensartet gelering, idet denne fører til, at nogle mineralaggregater ikke geleres ensartet eller geleres for meget eller for tidligt og derfor ikke bindes godt fast i belægningslaget og får tendens til at blive blæst eller plukket 3 149029 ud under støbningen, hvorved der efterlades småfordybninger og småhuller i overfladen.

Endelig bevirker nødvendigheden af at frembringe et præparat, som er i stand til at gelere, visse begrænsninger med hensyn til de materialer, der kan indgå i præparatet. F.eks. må de fleste gelerbare systemer, der bruges for tiden, være sure, hvilket betyder, at man ikke kan bruge alkaliske pigmenter såsom kalciumkarbonat og satinhvidt, og også, at det kan være vanskeligt at opnå stabile dispersioner af lerarter under sure betingelser, fordi der kan optræde lokaliseret flokkulering, som vil bevirke gruber eller fordybninger i de støbte belægninger.

En del af ulemperne ved de gelerede belægninger kan undgås ved, at en del af kasernen udskiftes eller suppleres med en syntetisk latex. Udskiftningen betyder, at man i mindre grad bliver afhængig af kaseinens svingende kvalitetsegenskaber, hvilket, som det kan forstås af det ovenfor anførte, kan være en betydelig fordel. Et forslag til en sådan belægning er beskrevet i USA-patentskrift nr. 3.575.707. Den syntetiske latex, som foreslås til erstatning af en del af kaseinen, er imidlertid i lighed med kaseinen alkali-kvældbar, hvilket medfører, at belægningen kun i ringe grad vil være porøs, hvorved de omtalte problemer ved kaseinbaserede i alt væsentligt også vil være gældende for denne kendte belægning.

Det har tidligere været foreslået at bruge syntetiske polymere bindere i pigmentholdige, støbte belægninger, men sådanne fremgangsmåder har i almindelighed ikke tilvejebragt en sådan porøs, voluminøs struktur som det ovenfor beskrevne, gelerede system. F.eks. er der i USA-patentskrift nr. 3.832.216 beskrevet en fremgangsmåde, ved hvilken en blanding af latexer indeholdende mere end 50% af en alkaliuoplø-selig eller ikke kvældbar latex og under 50% alkalikvældbar eller -uopløselig latex bruges ved sur pH-værdi. Der foreslås en lang række forskellige polymerer som de alkalikvæld-bare og alkaliukvældbare latexer. I eksemplerne er det vigtigste bindemiddel en blød latex med det resultat, at den 4 149029 frembragte struktur stadig ikke er så voluminøs, som det er ønskeligt, og fremgangsmåden er underkastet den begrænsning, at den må gennemføres ved sur pH-værdi med det resultat, at valget af belægningens ingredienser er begrænset.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art, hvor de ovenfor nævnte ulemper undgås, og ved hvilken der kan fremstilles en voluminøs, porøs belægning ved en hvilken som helst praktisk pH-værdi, og hvilken belægning er egnet til at blive påført og støbt let og hurtigt til fremstilling af en finish af høj kvalitet.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 angivne. Det har vist sig, at man ved at foretage en snæver udvælgelse af binderen fra en klasse, som hensigtsmæssigt kan benævnes "hydropla-stiske polymerer", kan opnå de ønskede resultater. Disse polymerer kan plastificeres af vand. For at opnå den den voluminøse struktur skal polymererne tillige tilfredsstille fordringerne med hensyn til Tg og Tg - Tf og et lavt karbo-xylsyreindhold. Overskrides grænsen for karboxylsyreindholdet kan fordringen om alkaliuopløselighed ikke overholdes.

De polymerer, som kan bruges i henhold til opfindelsen, kan groft beskrives som hårde polymerer, der plastifi-ceres godt af vand. Det synes som om hårdheden af binderpartiklerne resulterer i dannelse af en voluminøs struktur ef-* ter den oprindelige tørring, men filmdannelsestemperaturen og partikelstørrelsen resulterer i, at polymerpartiklerne binder pigmentpartiklerne trods hårdheden af polymerpartiklerne. Ved genbefugtning af overfladen blødgøres binderpartiklerne ved overfladen ved kontakt med vand, så at pigmentpartiklerne ved støbningen i det væsentlige øjeblikkeligt, f.eks. i løbet af 1/50 sekund, kommer på linie med og i kontakt med støbeoverfladen. Belægningen hænger i støbeoverfladen indtil overfladen af belægningen tørrer og binderen størkner tilstrækkeligt til at blive afgivet rent fra overfladen. Det frigivne eller afgivne produkt kopierer herved spejlfladen på støbeoverfladen og får den typiske finish for 5 149029 et støbebelagt produkt.

Tg er glasovergangstemperaturen for den tørre polymer målt ved en af de velkendte og fastslåede teknikker, såsom differentiel, termisk analyse, dilatometri eller måling af 5 variation i en styrkeegenskaab med temperaturen. Tg er en fundamental egenskab hos polymere materialer.

Tf er filmdannelsestemperaturen for den polymerlatex, som er inkorporeret i støbebelægningspræparatet. Denne værdi bestemmes ved måling af den temperatur, ved hvilken et lag 10 af latexen på et impermeabelt substrat ændres fra en pulver- formig ophobning til en kontinuerlig film under standardiserede betingelser. For hydrofobe polymerer ligger Tg og Tf meget nær hinanden, selv om molekylvægten og partikkelstør-relsen kan påvirke Tf. For hydrofile polymerers vedkommende 15 vil derimod Tf-værdien ligge under Tg-værdien, fordi vand blødgør polymeren. Tf påvirkes bl.a. af den kemiske sammensætning af polymeren, af dens molekylvægt og af dens partikelstørrelse. Tf kan eventuelt også påvirkes af faktorer som påvirker den hastighed, hvormed vand fjernes, såsom mængden 20 og typen af eventuelle beskyttelseskolloider eller overfladeaktive eller polære grupper i latexen. Fortrinsvis er Tf i det væsentlige upåvirket af ændringer i pH, men hvis den påvirkes, bør Tf måles i det væsentlige ved den pH-værdi, ved hvilken belægningspræparatet skal påføres.

25 Tg-værdier under 0°C kan bestemmes, men det er uprak tisk at bestemme Tf-værdier under 0°C og i relation til den foreliggende opfindelse anses det, at polymeren har den angivne Tg - Tf-forskel, hvis Tf er 0°C eller derunder under forudsætning af at Tg er over 5°C.

30 Hvis Tg er for høj, over 45eC, vil partiklernes evne til at binde belægningen tilstrækkeligt og til at tillade belægningen at blive støbt, gå ned, men hvis hårdheden er for lav, Tg under 0°C, er partiklerne så bløde, at den ønskede voluminøse struktur ikke opnås, så at hastigheden af 35 fordampningen af vand gennem det belagte substrat er temmelig lav og arbejdshastigheden må nedsættes for at tillade tilstrækkelig tørring og også for at tillade tilstrækkelig 6 149029 befugtning. Hvis tørringen ikke er tilstrækkelig, kan der indfanges vand mellem den belagte overflade og støbecylinderen, og det kan danne damplommer, som kan nedsætte glansen i området for lommerne. Hvis belægningens porøsitet er så lav, at der indtræder utilstrækkelig befugtning af overfladelagene, vil den sluttelige støbning blive forringet, fordi o-verfladelagene ikke vil være blevet plastificeret tilstrækkeligt til at tillade optimal retten ind på linie af pigmentpartiklerne mod støbeoverfladen.

Belægningen skal imidlerid også være velegnet til modtagelse af en trykfarve. Som indikation for, hvorledes absorbensen af belægningen påvirkes af Tg, er der udført forsøg, ved hvilke der er støbebelagt pigmetpræparater, der dels som binder indeholder den konventionelle, gelerbare binder af kaseintype og dels forskellig syntetiske polymerer med forskellige Tg-værdier. Absorbensværdierne for produktet af den gelerbare kaseintype er i almindelighed fra 0,1 til 0,2 enheder, mens den for en syntetisk polymer med en Tg på 32°C (f.eks. en særlig homopolymer af polyvinylacetat) er 0,15 enheder, for en syntetisk polymer med en Tg på 5°C (f.eks. en særlig kopolymer af 80 enheder polyvinylacetat : 20 enheder butylakrylat) er 0,27 enheder, og for en polymer med en Tg på -20°C (f.eks. en kopolymer af 60 enheder polyvinylacetat : 40 enheder butylakrylat) er 0,6 enheder. Den anvendte testmetode består i, at man påfører en kontrolleret tykkelse af sværte på den støbte overflade og tillader sværten at penetrere i et bestemt tidsrum, før den sværtede overflade bringes i kontakt med et stykke glat belagt papir under et forudbestemt tryk og måler den mængde våd sværte, der overføres til sidstnævnte papir på basis af den overførte sværtefilms tæthed. Alle prøvens betingelser er standardiserede, og metoden anvendes i udstrakt grad til bedømmelse af absorbens af belagt papir. Desto højere den fundne tæt-hedsværdi er, desto lavere er absorbensen.

Heraf kan det ses, at en Tg-værdi på -20°C er for lav, medens værdierne på 5°C og 32°C er tilfredsstillende. Fortrinsvis er Tg værdien under 35°C, og ifølge opfindelsen 7 149029 kan den med fordel være fra 0eC til 35°C. Tf er fortrinsvis fra 5°C til 20eC; ifølge opfindelsen kan Tg hensigtsmæssigt være 5°C til 35°C og Tg - Tf 10'C til 20°C. Værdier af Tg -Tf på mellem 12°C og 20°C gør det muligt at udøve den foreliggende fremgangsmåde med de bedste betingelser med hensyn til fart, dvs. at den mængde vand, der optages på genbefugt-ningstrinnet, bliver af den foretrukne størrelse. Hvis imidlertid forskellen er over 20 °C, vil genbefugtningstrinnet blødgøre belægningen for meget, og optagelsen og penetrationen af vandet forøges, hvilket nødvendiggør nedsættelse af proceshastigheden for at forøge den tid, der står til rådighed til fjernelse af overskydende vand fra den højhydrofile polymer. Hvis Tg - Tf er lavere, hvis f.eks. Tg er 12 eC, Tf er 5“C og Tg - Tf er 7°C, nedsættes den plastificerende virkning af genbefugtningen. Brugen af en blødere kopolymer har kun ringe kompenserende virkning på støbeligheden, og selv om sådanne latexer er praktisk anvendelige, er det mindre sandsynligt, at de vil give maksimal hastighed på grund af det større tørringskrav, der stilles til støbecylinderen, og også på grund af nødvendigheden af at nedsætte cylindertemperaturen på grund af nedsat porøsitet af belægningen.

De fleste, i hvert tilfælde de fleste af de kommercielt tilgængelige polymerlatexer, tilfredsstiller ikke den snævre definition, der er givet foran, og kan derfor ikke bruges som hovedkomponenten af binderen ifølge opfindelsen. Imidlertid er nogle få egnede binderlatexer kommercielt tilgængelige, og i alle tilfælde er det let at syntetisere en latex med disse egenskaber, når man først har specificeret den udkrævede partikelstørrelse og værdien for Tg og Tf ved passende valg af de kendte variabler ved latexdannelse, f.eks. partikelstørrelse, molekylvægt og reaktionskomponenter, alt på konventionel måde.

De foretrukne polymerer til anvendelse i forbindelse med den foreliggende opfindelse er emulsionspolymerer af vinylestere af en karboxylsyre, navnlig vinylacetat, -propyonat og -kaproat, samt kopolymerer og terpolymerer af 8 149029 disse med 2-ætyl-hexylakrylat, butylakrylat, "Versatic" acids (trialkyleddikesyrer med ofte stærkt grenede alkyl-grupper), vinylklorid og lignende. Mængden af komonomerer med vinylesteren er i almindelighed under 40% af polymervægten til opnåelse af de anførte egenskaber. Andre egnede polymerer er kopolkymerer af akrylsyre- og metakrylsyreestere og desuden kopolymerer af disse estere med styren eller bu-tadien. Det vil forstås, at selv om det her nævnes, at poly-vinylacetat-homopolymer foretrækkes til brug i forbindelse med den foreliggende opfindelse, så kan man kun bruge de po-lyvinylacetatpolymerer, der har de anførte værdier for Tg,

Tg - Tf og partikelstørrelse.

Polymeren må højst indeholde 4% karboxylsyregrupper. Et højere indhold medfører, at polymeren bliver alkaliopløselig eller i høj grad kvældbar. De polymerer, der anvendes i forbindelse med den foreliggende opfindelse, indeholder i almindelighed under 1% af disse grupper, og i alle tilfælde er mængden fortrinsvis for lille til at man kan karakterisere disse polymerer som alkalikvældbare.

Da polymererne ikke er pH-følsomme over vide områder, kan præparatet fremstilles og støbes under sure eller alkaliske betingelser, uden at man kan se nogen forskel på resultatet. F.eks. kan præparatet have en pH-værdi fra 5 til 10. Ifølge opfindelsen kan præparatet hensigtsmæssigt have en pH-værdi over 7, f.eks. fra 7 til 9, fordi man herved opnår den største forenelighed med alle de almindeligt anvendte pigmenter og andre belægningsbestanddele.

Selv om den definerede polymer eller blanding af sådanne polymerer kan bruges som den eneste binderkomponent, er det ofte fordelagtigt at inkludere polymerer, der kan virke som supplerende bindere. Disse andre polymerer kan være til stede i mængder på op til 60%, så at den i relation til opfindelsen definerede polymer udgør 40 til 100% af den samlede bindermængde. Fortrinsvis udgør den mindst 50% og som regel mindst 60% eller 70% af den samlede bindermængde. Den foretrukne supplerende binder er en blød hydroplastisk polymer med en Tg-værdi normalt under 0eC. Det antages, at 9 149029 den gunstige virkning af sådanne blandinger først og fremmest er, at det blødere materiale virker som en effektiv binder, men ikke er til stede i tilstrækkelig mængde til at ødelægge den tidligere forklarede porøse struktur. Por det andet bliver de ved med at være effektive bindere igennem befordringstrinnet og opretholder tilstrækkelig styrke i belægningen under dette trin, dvs. at de forhindrer det sammenbrud af belægningen, som kan forekomme under genbefugt-ning af stærkt hydroplastiske bindere.

Da disse supplerende bindere i nogen grad er hydroplastiske, medfører de for det tredie, at de ikke i væsentlig grad hindrer genbefugtning af den hydroplastiske hovedkomponent, men samtidig udviser i nogen grad den ønskelige egenskab, at de blødgøres af vand og dermed understøtter støbningen og får forøget hårdhed, når vandet fjernes. Buta-dien-methylakrylat og visse styren-alkyl-kopolymerer har vist sig at være velegnede hjælpebindere. Hvis der imidlerid kun behøves en ringe mængde supplerende binder, f.eks. under 20% af den samlede bindermængde for at opretholde belægningens styrke, kan man bruge næsten enhver latex, f.eks. de udbredt anvendte styren-butadien-typer.

Det er desuden muligt at regulere belægningens egenskaber ved at inkludere hårde latexer med Tg-værdier over 45eC, f.eks. polystyrenlatexer. Disse hårdere polymerer bidrager kun til at opretholde den porøse struktur, men bidrager ikke til bindingen af pigmenterne. Alle sådanne supplerende bindere vil normalt heller ikke være alkalifølsomme.

De vil således normalt indeholde under 4% karboxylgrupper eller andre sure grupper, som ville kunne gøre dem alkalifølsomme .

Ifølge opfindelsen kan polymeren med Tg 0eC til 45°C nmed fordel være en polymer af en vinylester af en karboxyl-syre. Især kan den ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt være en vinylacetatpolymer.

Det siger sig selv, at mængden af pigment i præparatet, der anvendes ifølge fremgangsmåden i henhold til opfindelsen, må være en sådan, at binderpartiklerne ikke formes 10 149029 til en film. Nogle partikler af latexen kan agglomerere i nogen grad, men forbliver stadig i form af diskrete partikler. På grund af hårdheden af polymeren deformeres partiklerne ikke let under tørringen i modsætning til de fleste af de mere almindeligt anvendte polymerlatexer, der bruges som bindere i mineralske belægninger til papir.

Dette kan forklares nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken figur la og lb i stærkt forstørret målestok viser et snit gennem en del af en belægning i overensstemmelse med opfindelsen, mens figur 2 i stærkt formindsket målestok skematisk viser et apparat til påføring af en belægning i overensstemmelse med opfindelsen.

Hvert af de i figur la og lb viste snit viser kun fire lag pigment i to dimensioner, men det bemærkes, at den faktiske belægning i almindelighed vil indeholde et antal af størrelsesordenen hundrede lag pigment.

Figur la viser en hensigtsmæssig polyvinylacetat-ho-mopolymer med partikler 1 med en diameter på 0,15 pm, hvilken diameter er af stort set samme størrelse som tykkelsen af partikler 2 af ler af høj kvalitet (kaolin) anvendt som det overvejende pigment i den mineralske belægning. Den bindende virkning af latexen består i princippet i at "punkt-svejse" pigmentpartiklerne sammen. I figur lb belyses virk-’ ningen af en syntetisk polymerlatex med en mere sædvanlig værdi for Tg, dvs. en, som er meget blødere. Blødheden af partiklerne bevirker, at de flyder sammen og danner en film 3 mellem pigmentpartiklerne. Det er klart, at mobiliteten i sidstnævnte tilfælde bevirker større effektivitet som klæbestof, men det er samtidig tydeligt, at denne effektivitet skaber et tæt belægningslag, der savner permeabiliteten hos hårdere polymerer såsom det i figur la viste polyvinylacetat. Ved således at bruge en hård polymer opnås der en mere voluminøs og porøs struktur, og herved opnås også de fordele, der kan opnås ved en geleret belægning/ som er diskuteret foran, uden at man samtidig skaffer sig ulemper såsom 11 149029 manglende evne til at tørre før støbningen og begrænsninger med hensyn til komponenter i præparatet.

Den binding ved punktkontakt, der er vist i figur la, indebærer også begrænsninger med hensyn til partikelstørrelsen af de polymerlatexer, der kan anvendes i forbindelse med den foreliggende opfindelse. Virkningen af at fordoble partikelstørrelsen er, at en partikels rumfang ottedobles, således at antallet af partikler for en given vægtmængde binder nedsættes til en ottendedel. Det viser sig således, at anvendelse af en hård polymer med en Tg på ca. +30eC ved anvendelse i en mængde på 15 vægtdele polymer pr. 100 vægtdele pigment vil give tilstrækkelig belægningsstyrke, når partiklerne ligger under en gennemsnitlig diameter på 0,25 pm, men styrken kan være mindre tilfredsstillende, hvis den gennemsnitlige partikeldiameter er ca. 0,35 pm.

Manglen på bindekraft hos større partikler kan kompenseres ved forøgelse af mængden af binder, men dette er en uøkonomisk løsning af problemet; kompensation kan også ske ved tilsætning af supplerende bindere som beskrevet senere, men hvis der bruges for meget supplerende binder, vil belægningens hydroplasticitet blive nedsat. Den foretrukne partikelstørrelse for den overvejende hydroplastiske binder er derfor en gennemsnitlig diameter på under 0,3 pm, når polymerens Tg er ved den øvre grænse på 45°C, og under 0,5 pm gennemsnitlig diameter, når Tg nærmer sig den nedre grænse for det foretrukne område på 0°c, idet den foretrukne maximale partikelstørrelse for mellemliggende værdier af Tg let kan findes, fx ved interpolation.

Fortrinsvis er tørvægten af den anførte polymer mindst 5 dele pr. 100 dele tørvægt pigment, men i almindelighed under 20 dele. Foretrukne mængder er 8 til 16 dele tørvægt af den anførte polymer per 100 dele tørvægt af pigmenter.

Mængdeforholdet mellem pigment og binder er i almindelighed inden for konventionelle grænser, fx ifølge opfindelsen 60-95 dele pigment og 5-40 dele binder, hvori over 50% af tørstoffet er nævnte polymer, pr. 100 vægtdele tør- 12 149029 stof, samt 50-120 dele vand. Særligt foretrækkes det at have 80 til 95 dele pigment til stede. Mindre mængder af anti-skumningsmidler, viskositetsmodificeringsmidler, markeringsfarvestoffer og andre farvestoffer samt andre hjælpekemikalier kan sættes til belægningspræparatet efter ønske. Belægningspræparatet kan indeholde et hvilket som helst af de i handelen gående pigmenter som bruges i mineralske belægningspræparater, forudsat at man tager de sædvanlige forholdsregler, som er velkendte for fagfolk på området med hensyn til dispergering og forenelighed. Som eksempler på pigmenter kan nævnes lerarter, kalciumkarbonater, hydratise-ret aluminiumoxyd, satinhvidt, polymere pigmenter og farve-pigmenter.

Substratet overtrukket med præparatet er i almindelighed fibrøst, dvs. papir eller karton. Substratets fibre kan være af syntetisk polymert materiale, men omfatter eller består fortrinsvis af cellulosefibre.

Et apparat til påføring af den omhandlede belægning er som nævnt vist i figur 2. En kontinuerlig bane af papir, karton eller pap 11 opvikles og belægges ved hjælp af et hvilket som helst hensigtsmæssigt belægningsapparat 12. Der er antydet en luftkniv, men da de rheologiske egenskaber og faststofindholdet i belægningspræparatet let kan modificeres, kan der ske tilførsel på andre måder såsom ved hjælp af slæbeblade, glitterruller eller påføringsstænger. Det eneste kriterium til udvælgelse af et påføringsapparat er, at det skal være i stand til at påføre en passende mængde belægningstørstof glat, fx mellem 15 og 30 gram pr. m2. Den i forbindelse med den foreliggende opfindelse anvendte vægtmængde belægning bestemmes af kvaliteten af det anvendte substrat eller fibermateriale og det påførte må være tilstrækkeligt til fuldt ud at dække fibrene. I praksis har det vist sig at 20 til 25 gram belægningstørvægt pr. m2 er tilfredsstillende for de fleste kvaliteter basismateriale. Fra påføringsapparatet passerer banen ind i en tørresektion 13. På grund af belægningens høje porøsitet er tørrehastigheden ikke kritisk, og på grund heraf kan de fleste tørremetoder 13 149029 anvendes. Hvis der bruges infrarød opvarmning, skal den ikke være til en for høj temperatur og bør fortrinsvis fortsættes i tilstrækkelig lang tid til at opnå den ønskede grad af afdampning, men fortrinsvis bruges der en varm ovn eller et lignende varmeapparat.

Opvarmningen må fortsætte i tilstrækkelig lang tid til at i det mindste halvdelen og fortrinsvis mindst tre fjerdedele af det tilførte vand drives af. Den vandmængde der tilføres papirbanen er i almindelighed af størrelsen 3 til 8% af vægten af det belagte substrat. Hvad der sigtes til i tørretrinnet er, at det belagte substrat efter tørringen og før støbningen skal have et fugtighedsindhold, som er nær ved ligevægtsfugtighedsindholdet af substratet, dvs. det fugtighedsindhold, som ville være i ligevægt med en atmosfære med 45-55% relativ fugtighed. Fortrinsvis bør ifølge opfindelsen det belagte substrat efter tørringen have et fugtighedsindhold, der ikke er mere end 2% over (fortrinsvis ikke mere end 1% over og helst på) ligevægtsfugtighedsindholdet, hvorhos den vandmængde, der tilføres overfladen af den tørrede belægning, er 0,2-2%, regnet på vægten af det belagte produkt, og støbningen udføres med en poleret cylinder ved 100-150eC. Den mængde fugtighed, som er tilbage i det belagte substrat, påvirkes af belægningens hydroplasti-citet som foran beskrevet.

Når substratet er tørret i dette omfang er der utilstrækkelig fugtighed tilbage i det til at tillade støbning, og derfor må belægningens overflade befugtes en smule som nævnt for at tillade støbning. Den tilsatte mængde vand er fortrinsvis 0,5 til 1,5%, i almindelighed ca. 1%. Det kan føres til overfladen af belægningen på en hvilken som helst hensigtsmæssig måde, fx ved hjælp af sprøjter 4 eller ved at der dannes en vandansamling i den dal, der udgøres af den belagte bane og støbecylinderen 7, idet man regulerer tilførslen af dette vand ved hjælp af et perforeret føderør 5. Sprøjternes position og vandansamlingens dybde kan reguleres alt efter banens hastighed. Det er i og for sig kendt at have en ansamling af kogende vand i valsegabet forud for støb- 14 149029 iiingen, men betingelserne er i almindelighed sådan, at der frembringes en meget våd belægning. Hvis der ved den foreliggende opfindelse bruges en sådan vandansamling, må den reguleres på en sådan mdåe, at der kun forekommer en meget svag vandoptagelse, og fortrinsvis bruges der sprøjtning eller andre midler til befugtning af belægningen.

Den behandlede bane støbes derefter, fx ved hjælp af støbe-klemruller, som kan udformes og betjenes på konventionel måde. Således kan banen føres ind i et tryk-"gab" dannet af en elastisk rulle 6 og en højpoleret, normalt forkromet støbecylinder 7. Trykket er højt, fx over 10 og sædvanligvis inden for området 35 til 70 kg pr. cm2, og det er tilstrækkeligt til at bevirke støbning af overfladen uden permanent at nedsætte tykkelsen og stivheden af underlaget. Samtidig er trykket også tilstrækkeligt til at holde belægningen i kontakt med støbecylinderen, mens overfladefugten drives gennem den porøse belægningsstruktur ind i underlaget.

Diameteren af støbecylinderen og dens temperatur står i relation til hastigheden, og en cylinder på 1,22 meter i diameter, som arbejder ved 120 til 130°C, er passende til hastigheder på 60 til 75 meter pr. minut. Der kan hensigtsmæssigt bruges cylindertemperaturer på 100 til 150“C. Når belægningen er blevet tørret på ny ved intim kontakt med støbecylinderen, vil den let gå af denne og kan aftages via en rulle 8 og vikles op på en rulle 9. Mellem rullerne 8 og 9 kan der indskydes forskellige kendte organer til kontrol-lering af fugtighedsindholdet eller sammenrulningen, og desforuden er det muligt at føre banen direkte fra rullen 8 til et apparat til opskæring af banen i ark.

Det er selvsagt nødvendigt, at binderen under støbningen kommer i intim kontakt med støbecylinderen, så at den kan opnå cylinderens finish, men sådan at den ikke hænger for meget ved. Ved den foreliggende opfindelse nedsætter imidlertid valget af den anførte hydroplastiske polymer tendensen til fasthængen. Desuden er denne polymer klæbrig, når den plastificeres af vand på den foran beskrevne måde, og den hænger derfor godt fast på cylinderen i de tidlige trin, 15 149029 men efterhånden som vandet fjernes, går klæbrigheden ned. Et af de kriterier, der bruges til at vælge supplerende bindere til anvendelse i forbindelse med den foreliggende opfindelse, er, at de skal have lav klæbrighed ved de anvendte temperaturer. Der opnås derfor et præparat med iboende gode frigøringsegenskaber, men som samtidig har ypperlig vedhængning på den forkromede støbecylinder under støbetrinnet, når overfladelaget er i våd tilstand. I praksis kan der foreligge omstændigheder, hvor der kan optræde småproblemer på grund af for dårlig frigivelse, fx ujævn påføring af belægningen eller anvendelse af støbetemperaturer i nærheden af 150°C for at opnå forøget hastighed. Under sådanne omstændigheder viser det sig, at inkorporering af en lille mængde frigivelsesmiddel i det vand, der bruges til genbefugtnin-gen, giver god beherskelse af frigivelsesproblemerne.

Der kan bruges mange forskellige frigivelsesmidler til dette formål. De må naturligvis være stabile i kogende vand. Typisk sådanne midler er emulsioner af polyætylen, voksarter, metalstearater og ketendimer såvel som overfladeaktive midler baseret på fedtsyrer og sulfonerede olier. Hensigtsmæssigt indeholder det tilførte vand mindst 0,02% (regnet som tørvægt) af frigivelsesmidlet. Hvis mængden er for stor, kan der opstå vanskeligheder ved trykning på den endelige overflade, men i almindelighed giver det tilfredsstillende resultater at bruge mængder på op til 0,15 dele. Der kan hensigtsmæssigt som frigivelsesmiddel bruges en emulsion af et oxyderet polyætylen. Mængden er typisk 0,04%. Som forklaret foran bruges der ifølge opfindelsen fortrinsvis et præparat, hvor polymerens Tg er 0-35°C, især hvor Tg er 5-35eC og Tg-Tf 10 til 20°C.

Foruden de fordele, der ligger i, at fremgangsmåden er en høj-hastighedsproces, fx over 30 og sædvanligvis over 50 meter pr. minut, til fremstilling af et særdeles fremragende støbebelagt produkt, har fremgangsmåden også den fordel, at processens hastighed stemmer med mange kartonmaskiner, således at det apparatur, der bruges i forbindelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen, kan anbringes lige efter 16 149029 papir- eller papfremstillingsmaskinen, hvorved håndteringsomkostningene kan nedsættes. Tilsvarende kan der opnås væsentlige besparelser i driftsomkostningerne, ved, at man belægger og tørrer substratet på en papir- eller kartonmaskine, hvorved man kan udelade den belægningsenhed 12 og tørresektion 13, der er vist i figur 2. Tilsvarende besparelser kan også opnås ved, at man belægger underlaget på et særligt højhastighedsbelægningsapparat, hvortil der så føjes et antal støbeenheder.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen skal i det følgende belyses ved nogle eksempler.

Eksempel 1 100 vægtdele, regnet som tørvægt, engelsk belægningsler blandedes under anvendelse af høje forskydningskræfter med 43 dele vand, 0,2 dele tetranatriumpyrofosfat, 0,1 del natriumpolyakrylat og 0,2 dele natriumkarbonat for at give en ensartet dispesion af pigmentet.

Leropslæmningen fortyndedes til 60 vægt% fast indhold, før der tilsattes 0,3 dele tributoxyætylfosfat (i form af en emulsion i vand) for at virke som antiskumningsmiddel, og derefter tilsattes der 10 vægtdele (regnet som tørstof) vinylacetathomopolymerlatex med Tg = 32°C og Tf = 18°C og med en gennemsnitlig partikelstørrelse på 0,17 pm, samt 5 dele (tørstof) butadienmetylmetakrylatkopolymer indeholdende 40% butadien - 1,3 enheder og 60% metylmetakrylatenheder og med en Tg på -11°C. Vinylacetatpolymeren var en særlig fremstillet polyvinylacetathomopolymer uden sure grupper for at vise, at evnen hos latexen til at blive støbt ikke afhænger af, at den kan reagere med alkali.

Blandingen fortyndedes yderligere, så at der opnåedes en viskositet på 360 centipoise, målt ved en forskydningshastighed på 30 sekunder*1 og ved en temperatur på 20°C, og herefter havde belægningspræparatet et faststofindhold på 48,1 vægt% og en pH-værdi på 8,4.

Belægningen påførtes på det i figur 2 viste og foran 17 149029 beskrevne aparat, og der påførtes en mængde belægning, regnet som tørstofvægt, på 22 gram pr. m2 ved hjælp af luftkniven, idet underlaget var karton med en vægt å 195 gram pr. m2. Den belagte bane tørredes ved hjælp af gasfyrede infra-5 rødt-varmeapparater til et fugtighedsindhold på 6 vægt% af hele produktet. Banen førtes derefter gennem et gab dannet af en kautsjukdækket rulle med en diameter på 0,75 meter og en forkromet pladecylinder med en diameter på 1,22 meter. "Dalen" i gabet indeholdt en ansamling af kogende vand til 10 en maximal dybde på 1,5 cm, som viste at give en optagelse på ca. 1% vand ved arbejdshastigheden på 60 meter pr. minut. Det anvendte vand indeholdt 0,08 dele tørstof af en emulsion af oxyderet polyoxyætylen for hver 100 dele vand. Den belagte overflade blev presset mod støbecylinderen med et tryk på 15 46 kg/cm2, og cylindertemperaturen holdtes på 125eC. Banen blev frigivet rent fra cylinderen efter 180° kontakt og gav et glat produkt med en glans på 90%, målt under en vinkel på 75° med lodret plan. Produktet lignende i alle henseender et karton med støbt belægning fremstillet ved kendt teknik med 20 geleret belægning.

Eksempel 2

Til belysning af fremgangsmådens alsidigtied blev be-25 lægningspræparatet ifølge eksempel 1 fortyndet til et tørstofindhold på 43,0%, hvilket gav en viskositet på 150 cen-tipoise målt ved en forskydningshastighed på 30 sekun-der-1 og en temperatur på 20°C. Derefter blev den påført på samme type underlag ved hjælp af et særskilt luftknivs-belægnings-30 apparat, som arbejdede med en hastighed på 280 meter pr. minut, hvorefter den belagte bane tørredes til et fugtigheds-indhold på 7 vægt% ved hjælp af et tørresystem med varmluft. Den belagte bane overførtes derefter til støbemaskinen og på denne blev belægnings- og tørresektionen sprunget over.

Alle andre parametre var som i eksempel 1, dog med den forskel at niveauet af kogende vand i "gab"-rummet blev forøget til ca. 2 cm, og at maskinen blev drevet med en ha- 35 18 149029 stighed på 70 m pr. minut. Produktet var praktisk talt identisk med det, der opnåedes i eksempel 1 og havde en glans på 88%, målt under en vinkel på 75°.

Eksempel 3

Betingelserne ifølge eksempel 1 blev gentaget, idet den eneste ændring var, at 10 dele tørvægt af det engelske ler blev erstattet med samme vægtmængde af en polystyrenla-tex med en gennemsnitlig partikelstørrelse på 0,5 pm i diameter. Dette materiale er ikke filmdannende og virker som pigment, og det blev anvendt for at forøge belægningens voluminøsitet.

Det resulterende produkt havde svag forøget glans, nemlig 92% under en vinkel på 75°, mens andre egenskaber var som dem hos produktet ifølge eksempel 1.

Eksempel 4 80 dele tørvægt engelsk belægningsler, tilberedt på samme måde som i eksempel 1, blandedes med 20 dele tørvægt af et i handelen gående dispergeret og stabiliseret satinhvidt -pigment .

Til denne pigmentblanding sattes der 0,5 dele oktyl-alkohol som antiskumningsmiddel efterfulgt af 8 vægtdele (tørvægt) vinylacetathomopolymerlatex med Tg = 32°C, Tf = 18eC og partikelstørrelse 0,2 pm, samt 8 vægtdele tørstof butadienmetylmetakrylatkopolymerlatex med Tf = —11°C. Blandingen fortyndeds til en viskositet på 300 centi-poise målt ved en forskydningshastighed på 30 sekun-der-1 og en temperatur på 20°C. Tørstofindholdet var 43 vægt% af pH-værdien 9,1.

Ved hjælp af samme udstyr som i eksempel 1 påførtes der en belægningsvægt på 24 gram pr. kvadratmeter på et papirunderlag på 90 gram pr. m2, hvorefter der blev tørret til et samlet fugtighedsindhold på 5%. Der brugtes en kogende vandansamling på 2 centimeter, og polyætylen-afgivelsesmid- 19 149029 let brugtes i en mængde på 0,03 dele polymertørvægt pr. 100 dele vand. Hastigheden var 70 meter pr. minut og støbecylinderens temperatur holdtes på 130°C. Produktet blev godt frigivet fra cylinderen og havde en glans på 92%, målt under en vinkel på 75e.

Eksempel 5

Det i eksempel 4 anvendte satinhvidt blev erstattet med et i vand malet naturligt kalciumkarbonat med 90% af partiklerne under 2 pm. Antiskumningsmiddeltypen og mængden var som i eksempel 4, men der brugtes 12 tørvægtdele af po-lyvinylacetatlatexen ifølge eksempel 4 sammen med 4 tør-vægtsdele butadienmetylmetakrylat. Præparatet fortyndedes til en viskositet på 350 centipoise, målt ved en forskydningshastighed på 30 sekunder-1 og en temperatur på 20eC. Tørstofindholdet var 49 vægt% og pH-værdien 8,5.

Fremstillingsbetingelserne var som dem i eksempel 4, og det resulterende produkt havde en glans på 88%, målt under en vinkel på 75 °.

Eksempel 6

Fremgangsmåden i eksempel 1 blev gentaget med den forskel at det anvendte polyvinylacetat var det, der sælges under handelsnavnet "National" 125-1104, fremstillet af National Adhesives and Resins Limited. Det er en kopolymer af polyvinylacetat og en polær monomer, idet mængden af sidstnævnte er tilstrækkelig til at frembringe nogen konstaterbar alkalisk reaktion. Polymeren har Tg = +31eC, Tf = +14°c og en partikelstørrelse på 0,15 pm.

Butadienmetylmetakrylatlatexen er den, der sælges under handelsnavnet "Butakon ML577/1", og den leveres af Re-vertex Limited. Der opnås praktisk talt samme resultater som i eksempel 1.

Fremgangsmåden ifølge eksempel 1 blev oså gentaget med den forskel, at polyvinylacetatet blev erstattet med en 20 149029 latex af en kopolymer af 80 enheder vinylacetat og 20 enheder butylakrylat, hvilken polymer havde en Tg på +5eC og en Tf under 0°C samt en partikelstørrels epå 0,17 pm. Belægnings- og støbebetingelserne var de samme som i eksempel 1, 5 dog med den forskel, at det belagte substrat tørredes til et fugtighedsindhold på 9%, den anslåede vandoptagelse var 0,5% og hastigheden nedsattes til 50 meter pr. minut. Den resulterende glans var 89%.

Lignende resultater som dem, der opnåedes i fx eksem-10 pel 1, kan opnås, ved at man gentager fremgangsmåden i eksempel 1, idet man i stedet for det deri beskrevne polyvinyl-acetat bruger en polymer med de samme eller lignende værdier for Tg, Tf og partikelstørrelse, og som fx udgøres af en kopolymer af vinylacetat med vinylklorid, vinylacetat med 2-15 ætylhexylakrylat og butylakrylat, vinylacetat med versatin-syre og vinylklorid, en vinylpropionathomopolymer, en metyl-akrylatpolymer eller -kopolymer af metylmetakrylat med styren eller butadien.

20

Claims (10)

149029

1. Fremgangsmåde ved fremstilling af en støbebelægning på et substrat af papir, pap eller karton og omfattende, at man på substratet påfører et vandigt støbebelægningspræparat, hvorefter man tørrer det belagte substrat på en sådan måde, at i det mindste halvdelen af det med belægningspræparatet tilførte vand fjernes, påfører fugtighed på overfladen af belægningen og støber belægningen mod en opvarmet, poleret cylinder, ved hvilken fremgangsmåde det vandige belægningspræparat pr. 100 vægtdele tørstof indeholder 60-95 vægtdele pigment og 5-40 vægtdele binder, og hvor 40-100% af binderens tørstofvægt udgøres af en polymer med en Tg-værdi på fra 0°C til 45°C i form af en latex med en gennemsnitlig partikelstørrelse på under 0,5 pm, samt hvor indtil 60% af binderens tørstofvægt udvælges blandt supplerende latexer med Tg under 0°C og latexer med Tg over 45eC, kendetegnet ved, at binderen udelukkende består af en eller flere syntetiske polymerer, som ikke kvælder eller opløses i alkali, og som indeholder mindre end 4% karboxylsyregrupper, og i hvilken polymeren, som har en Tg på fra 0eC til 45eC,har en Tg - Tf på fra 5eC til 25eC.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at polymererne indeholder mindre end 1% karboxylsyregrupper.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at støbebelægningspræparatet har en pH-værdi på over 7.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at partikelstørrelsen er under 0,3 pm.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2, 3 eller 4, kendetegnet ved, at polymeren med Tg på 0-45eC er en polymer af en vinylester af en karboxylsyre.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at polymeren er en vinylacetatpolymer. 149029

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, kendetegnet ved, at den omhandlede polymers Tg er 0°C til 35°C.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet 5 ved, at Tg er 5eC til 35eC og Tg - Tf er 10eC til 20eC.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den supplerende latexbinder er udvalgt blandt buta-dienmethylmethakrylatpolymerer og styren-akryliske kopolymerer.

10 15