DK167699B1 - Fremgangsmaade til bestrygning af papir - Google Patents

Description

DK 167699 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til bestrygning af papir.

Bestrygning af papir med en række pigmenterede farver er velkendt inden for papirfremstillingsindustrien. For nogle anvendelser af bestrøget papir er lav arkglans en ønskelig egen-5 skab. Bestrøget papir med lav glans, dvs. sådanne med en mat eller "glansløs overflade, fremstilles ved anvendelse af pigmenter med store partikelstørrelser eller ved hjælp af speciel færdigbehandlingsteknik, såsom ætsede eller sandblæste super-kalandervalser (højglittemaskinvalser) . Selv om disse teknik-10 ker frembringer lav arkglans hos det resulterende bestrøgne papir, kan de også påvirke andre karakteristika for bestrøget papir i ugunstig retning, såsom trykkeegenskaber. Når der anvendes pigmenter med store partikelstørrelser eller overflade-ruhedsfremkaldende kalandreringsteknik, kan høj sværteglans og 15 trykbarhed lide skade.

Det vil derfor være ønskeligt at tilvejebringe en fremgangsmåde "til opnåelse af bestrøget papir med lav arkglans uden nødvendigheden af at anvende store pigmentpartikler og/eller specialiseret kalandreringsteknik, således at der opnås lav 20 arkglans, men desuden således at høj sværteglans bevares.

Den foreliggende opfindelse angår generelt en fremgangsmåde til bestrygning af papir, ved hvilken et vandigt-bestrygningsmateriale indeholdende et uorganisk pigment ^.og en syntetisk polymerlatex som bindemiddel fremstilles og påføres på en pa-25 piroverflade til dannelse af et bestrøget papir, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at den omfatter anvendelse af, som den syntetiske polymerlatex, 1) en styren/butadien/vinylsyrebaseret latex indeholdende mindst 6 dele af en vinylsyremonomer pr. 100 dele samlet mono- 30 merindhold, 2) en acrylat/vinylsyrebaseret polymer indeholdende mindst 6 dele af en vinyl syremonomer pr. 100 dele samlet monomerindhold eller 3) en vinylacetat/vinylsyrepolymerlatex indeholdende mindst 5 DK 167699 B1 2 dele vinyl syremonomer pr. 100 dele samlet monomer indhold, hvorved der opnås et bestrøget papir med lav arkglans og høj sværteglans, og at den eventuelt indbefatter det yderligere trin kalandrering af 5 det bestrøgne papir under sådanne forhold, at den mikroskopiske overfladeruhed på den bestrøgne papiroverflade opretholdes, hvorved der opnås et kalandreret, bestrøget papir med lav arkglans og høj sværteglans.

Det har vist sig, at ved anvendelse af visse carboxylerede 10 latexer som den syntetiske polymerlatex i en sådan fremgangsmåde vil det tørrede, bestrøgne papir få en lav arkglans og en høj sværteglans. De carboxylerede latexer, som anvendes, er sådanne, som har carboxylering således, at latexen kvælder væsentligt under fremstilling af bestrygningsmaterialet og 15 skrumper under tørring af det bestrøgne papir til frembringelse af mikroskopisk ruhed på den tørrede, bestrøgne papiroverflade .

Anvendelse af den carboxylerede latex, som defineret ovenfor, som det valgte bindemiddelmateriale i papirbestrygningsfrem-20 gangsmåden muliggør, at der fremstilles bestrøgne papirer med lav arkglans uden anvendelsen af store pigmentpartikler og/el-ler specialiseret superkalandreringsteknik. Forbedringen ved anvendelse af disse carboxylerede latexer består i fremstillingen af et bestrøget papir med lav arkglans_.uden ufordelag-25 tig virkning på sværteglans eller det bestrøgne papirs trykningskarakteristika .

Fremstillingen af vandige papirbestrygningsmaterialer indeholdende et eller flere uorganiske pigmenter og et eller flere syntetiske polymerlatexbindemidler er velkendt inden for områ-30 det. Et.sådant materiale kan også indbefatte naturlige co-bin-demidler, såsom stivelse, proteiner og blandinger deraf. Teknikken for påføring af sådanne bestrygningsmaterialer på papiroverfladen og den efterfølgende tørring af papiret er også velkendt inden for papirfremstillingsområdet.

DK 167699 B1 3

Ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse anvendes visse carboxylerede latexer som den valgte latex i bindemid-delsystemet for det vandige papirbestrygningsmateriale. De carboxylerede latexer, der anvendes, er sådanne, hvor latexens 5 partikler kvælder væsentligt under fremstillingen af det vandige bestrygningsmateriale og derefter reduceres i volumen eller skrumper under tørringen af det bestrøgne papir. Fortrinsvis har de carboxylerede latexer, der anvendes ifølge den foreliggende opfindelse, partikler, som kvælder til mindst det 10 dobbelte af deres volumen i det vandige bestrygningsmateriale i forhold til deres volumen ved lav pH-værdi, dvs. under pH-værdi 5, som en latex før at de bliver inkorporeret i det vandige bestrygningsmateriale.

Carboxylerede latexer og deres fremstillingsmetoder er almin-15 deligt kendte inden for området. Carboxyleringen indføres ved anvendelse som en af comonomererne ved fremstillingen af late-xen af en vinylsyre, såsom acrylsyre, methacrylsyre, itaconsy-re, fumarsyre og maleinsyre. Foretrukne carboxylerede latexsy-stemer til anvendelse ifølge den foreliggende opfindelse om-20 fatter styren/butadien-baserede latexer indeholdende mindst 6 dele af en vinyl syremonomer pr. 100 dele samlet mængde monomerer og mere foretrukket fra 6 dele til 25 dele af en vinyl-syremonomer pr. 100 dele samlede monomerer. Også indbefattet er acrylat-baserede polymerlatexer, såsom ethylacrylat, me-25 thylmethacrylat eller styren/ethylacrylat, hvori vinylsyremo- t nomeren udgør mindst 6 dele, mere foretrukket fra 6 til 40 dele, baseret på den samlede vægt af monomererne. Yderligere andre latexer omfatter vinylacetat-baserede polymerer, som inkorporerer mindst 5 dele vinylsyremonomer, fortrinsvis fra 5 30 til 20 dele vinyl syremonomer, baseret på den samlede vægt af monomererne. Carboxylerede latexer med en for lav vinylsyremo-nomertilsætning vil ikke opnå den fornødne kvældning ved produktionen af det vandige bestrygningsmateriale og heller ikke den fornødne skrumpning ved den efterfølgende tørring af det 35 bestrøgne papir til frembringelse af mikroskopisk ruhed på den DK 167699 B1 4 tørrede, bestrøgne papiroverflade, der er nødvendig for at opnå lav arkglans.

Ved fremstilling af det vandige bestrygningsmateriale, der indeholder et eller flere uorganiske pigmenter og den specifi-5 cerede carboxylerede latex, er det ønskeligt at fremstille et sådant vandigt materiale under betingelser ved høj pH-værdi, fortrinsvis ved mindst en pH-værdi på 8 eller derover. Det vandige bestrygningsmateriales pH-værdi kan forøges eller ændres på en række måder, såsom ved tilsætning af en base. For 10 en given carboxyleret latex resulterer den forøgede pH-betin-gelse under fremstillingen af det vandige bestrygningsmateriale i et bestrøget papir med en lavere arkglans, sammenlignet med et bestrøget papir fremstillet ved hjælp af det samme vandige bestrygningsmateriale, der er fremstillet ved en lave-15 re pH-værdi.

Selv om der opnås den største fordel ifølge den foreliggende opfindelse ved anvendelse af den specificerede carboxylerede latex eller en blanding af sådanne en eller flere latexer som det eneste bindemiddel for det vandige bestrygningsmateriale, 20 kan der også opnås forbedringer i fremgangsmåden til fremstilling af'bestrøget papir ved anvendelse af den specificerede latex som en blanding med andre latexer, f.eks. forholdsvis lavt carboxylerede latexer eller ikke-carboxylerede' latexer som bindemiddelsystemet i det vandige bestrygningsmateriale. Til- < 25 svarende kan co-bindemidler, f.eks. naturlige bindemidler, såsom stivelse eller proteiner eller syntetiske bindemidler, såsom polyvinylalkohol, hydroxyalkylcellulose og polyacrylr amid, inkorporeres med latexen som det samleds bindemiddel-system til bestrygningsmaterialet.

30 Endvidere kan den specificerede carboxylerede latex være heterogen i sammensætning, såsom kerne/skal-typen, hvori skallen omfatter den nødvendige carboxylerede latex.

Ved den efterfølgende kalandrering af papiret, der er bestrø- DK 167699 B1 5 get ved hjælp af fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse, kan der anvendes en lang række kalandreringsteknikker.

Det er imidlertid ønskeligt at udføre kalandreringstrinet af det bestrøgne papir under sådanne betingelser, at den bestrøg-5 ne papiroverflades mikroskopiske ruhed bevares, hvorved det kalandrérede papir vil bevare lav arkglans uden tab af den høje sværteglansegenskab.

Følgende eksempler illustrerer yderligere fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse.

10 De nedenfor beskrevne latexer blev anvendt i eksemplerne til fremstilling af de bestrøgne papirprøver.

Latex-1: en styren/butadien/acrylsyre/hydroxyethylacrylat-la-tex fremstillet ud fra en monomerblanding af 440 vægtdele styren, 360 vægtdele butadien, 140 vægtdele acrylsyre og 60 vægt-15 dele hydroxyethylacrylat, dvs. 14 dele acrylsyre pr. 100 dele s aml e t "mængde monomerer.

Latex'-II: en styren/butadien/acrylsyre-latex fremstillet ud fra en monomerblanding af 580 vægtdele styren, 380 vægtdele butadien og 40 vægtdele. acrylsyre, dvs. 4 dele acrylsyre pr.

20 100 dele samlet mængde monomerer.

Latex III: en styren/butadien/acrylsyre-latex fremstillet ud fra en monomerblanding af 560 vægtdele styren, 360 vægtdele butadien, og 80 vægtdele acrylsyre, dvs. 8 dele acrylsyre pr.

100 dele samlet mængde monomerer.

25 Latex IV: en styren/butadien/acrylsyre-latex fremstillet ud fra en monomerblanding af 520 vægtdele styren, 380 vægtdele butadien og 100 vægtdele acrylsyre, dvs. 10 dele acrylsyre pr.

100 dele samlet mængde monomerer.

DK 167699 B1 6

Eksempel 1

Et vandigt bestrygningsmateriale blev fremstillet ved at blande de følgende ingredienser efter vægt: 1. Nr. 2 kaoliner - 70 dele 5 2. Calciumcarbonat - 30 dele 3. Latex I-bindemiddel - 17 dele 4. Natriumhydroxid til frembringelse af en pH-værdi hos det vandige bestrygningsmateriale på 11 10 5. Vand til en total mængde faste stof fer på 58%

Den carboxylerede latex var sådan, at den kvældede væsentligt efter dens inkorporering i det vandige bestrygningsmateriale og derefter skrumpede under tørringen af papiret strøget med 15 det vandige bestrygningsmateriale beskrevet ovenfor.

Et papirsubstrat blev bestrøget under anvendelse af en omvendt opslæmhingsblade coater. Det således bestrøgne papir blev tørret under anvendelse af en opvarmet tromle ved 155°C. Det tørrede bestrøgne papir blev konditioneret i overensstemmelse med 20 TAPPI Standard T-402 i 12 timer. Det tørrede bestrøgne papir blev superkalandreret under anvendelse af en kal-andreringsma-skine ved 150°C og 175 kN/m (1000 pli) .

«

Sammenlignincrseksempel A

Den samme fremgangsmåde som beskrevet i eksempel 1 blev an-25 vendt til at fremstille et kalandreret bestrøget papir under anvendelse af latex II som latexbindemiddel. Denne latex kvældede ikke væsentligt efter inkorporeringen i bestrygningsmidlet .

Det kalandrerede bestrøgne papir fra eksempel 1 og eksempel A 30 blev undersøgt med hensyn til arkglans under anvendelse af DK 167699 B1 7 TAPPI 75° test og en sværteglanstest (varmehærdende rød farve med en konstant farvedensitet) til bestemmelse af den relative arkglans og den relative sværteglans. Resultaterne er anført i tabel I.

5 " ' TABEL I

Eksempel Arkglans Sværteglans 1 36,3 73,1 A 48,1 72,7

Det kan ses ved sammenligning af dataene i tabel I, at anven-10 delse af den i høj grad kvældedygtige carboxylerede latex (latex I) resulterer i et bestrøget papir med en lavere arkglans, mens den relativt høje sværteglans bevares.

Eksemplerne 2 til 4 og sammenligningseksempel B

En anden række kalandrerede bestrøgne papirer blev fremstillet 15 på samme måde som beskrevet i eksempel 1 på nær, at mængden af faste stoffer i det vandige bestrygningsmiddel var 60%, og pH-værdien var indstillet til 9. De anvendte latexer i hvert eksempel 'er anført i tabel II.

De kalandrerede bestrøgne papirer fra eksemplerne 2, 3, 4 og B 20 blev undersøgt for arkglans og sværteglans på samme måde som i eksempel I. Tabel II viser resultaterne fra sådanne forsøg.

Tabel II

Eksempel Latex Arkglans Sværteglans 2 III 44,7 72,7 25 3 IV 42,1 72,7 4 I 40,3 72,0 B II 47,6 72,7 DK 167699 Bl 8

Latexerne med højere carboxylering (latexerne I, III og IV) kvældede væsentligt under fremstillingen af det vandige bestrygningsmateriale og skrumpede under tørringen af det bestrøgne papir. Lavere arkglans opnås uden at ofre den høje 5 sværteglans (eksemplerne 2 til 4).

Eksemplerne 5 οσ G og sammenlianinoseksempel C

To acrylatlatexer med heterogene sammensætninger blev fremstillet ved polymerisering af en første monomertilførselsblanding af styren, butadien og methacrylsyre, og derefter polyme-10 risering af en anden monomertilførselsblanding af ethylacry-lat, methylmethacrylat og methacrylsyre. Til sammenligning blev en latex uden en anden tilførsel fremstillet. Sammensætningen af latexmonomertilførsien er anført nedenfor.

Latex V: første monomertilførsel - 44,1 dele styren, 24,5 dele 15 butadien og 1,4 dele methacrylsyre, anden monomertilførsel -12 dele ethylacrylat, 12 dele methylmethacrylat og 6 dele me-thacrylsyre, dvs. 7,4 dele methacrylsyre pr. 100 dele samlet mængde' monomerer.

Latex. VI: første monomertilførsel - 50,4 dele styren, 28 dele 20 butadién og 1,6 dele methacrylsyre, anden monomertilførsel - 8 dele ethylacrylat, 8 dele methylmethacrylat og -4 dele metha-crylsyre, dvs. 5,6 dele methacrylsyre pr. -100 dele samlet mængde monomerer.

Latex VII: første monomertilførsel - 63 dele styren, 35 dele 25 butadien og 2 dele methacrylsyre, anden monornerfeilførsel - ingen, dvs. 2 dele methacrylsyre pr. 100 dele samlede mængde monomerer .

Et vandigt bestrygningsmateriale blev fremstillet ved blanding af følgende ingredienser efter vægt.

Claims (2)

1. Nr. 2 kaoliner - 70 dele

2. Calciumcarbonat - 30 dele

3. Latexbindemiddel - 15 dele

4. Natriumhydroxid til frembringelse 5 " af en pH-værdi hos det vandige be- - - strygningsmateriale på 9

5. Vand til en samlet mængde faste stoffer på 60%. Bestrøgne papirprøver blev fremstillet og undersøgt på samme 10 måde som i eksempel l, på nær at sværteglansforsøget var lufthærdende grøn farve med en konstant farvedensitet. Resultaterne er anført i tabel III. Tabel III Eksempel Latex Arkalans Sværtealans 15 --5 V 40 62 “6 VI 48 61 : C VII 51 63 Acrylatlatexerne med højere carboxylering kvældede væsentligt under - fremstillingen af det vandige belægningsmateriale og 20 skrumpede under tørringen af det bestrøgne papir.til frembringelse af en lavere arkglans (eksempel 5 og 6) end papiret bestrøget med bestrygningen, der var fremstillet ud fra latexen med den lavere carboxylering. Patentkrav. 25 -------------------- 1 Fremgangsmåde til bestrygning af papir, hvorved et vandigt bestrygningsmateriale indeholdende et uorganisk pigment og en syntetisk polymerlatex som bindemiddel fremstilles og påføres på papiroverfladen, hvorefter papiret tørres til dannelse af 30 et bestrøget papir, kendetegnet ved, at den omfat- DK 167699 B1 ter anvendelse af, som den syntetiske polymerlatex, 1. en styren/butadien/vinylsyrebaseret latex indeholdende mindst 6 dele af en vinyl syremonomer pr. 100 dele samlet monomerindhold, 5 2) en acrylat/vinylsyrebaseret polymer indeholdende mindst 6 dele af én vinyl syremonomer pr. 100 dele samlet monomerindhold eller ; 3. en vinylacetat/vinylsyrepolymerlatex indeholdende mindst 5 dele vinyl syremonomer pr. 100 dele samlet monomerindhold, 10 hvorved der opnås et bestrøget papir med lav arkglans og høj sværteglans, og at den eventuelt indbefatter det yderligere trin kalandrering af det bestrøgne papir under sådanne forhold, at den mikroskopiske overfladeruhed på den bestrøgne papiroverflade oprethol-15 des, -hvorved der opnås et kalandreret, bestrøget papir med lav arkglans og høj sværteglans.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at latéxpartiklerne kvælder i det vandige bestrygningsmateriale til mindst det dobbelte volumen. 20 «