DK169588B1

DK169588B1 - Middel og fremgangsmåde til forbedring af påtrykbarheden af papir og karton

Info

Publication number: DK169588B1
Application number: DK525587A
Authority: DK
Inventors: Guido Dessauer; Helmut Berenbold
Original assignee: Hoechst Ag; Inst Zellstoff & Papier
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1987-10-07
Publication date: 1994-12-12
Also published as: JPS6452899A; FI874378A0; DE3634277A1; CA1289702C; FI874378A; DE3784828D1; FI89527B; NO874204D0; NO170814C; NO874204L; AU7945887A; AU592470B2; US4857110A; EP0263519A3; EP0263519A2; FI89527C; BR8705311A; DK525587A; DK525587D0; EP0263519B1

Description

i DK 169588 B1 o

Til grund for opfindelsen ligger opgaven at behandle papir og karton på en sådan måde, at alle slags systemer, der indeholder et organisk opløsningsmiddel, f.eks. den i et organisk opløsningsmiddel dispergerede eller opløste 5 trykfarve, belægningsmasse eller en lak, især en lavviskos dybtryksfarve, trænger ind i eller igennem papiret henholdsvis kartonet så lidt som muligt. Jo mindre disse farver trænger ind, desto mindre er forbruget og desto kønnere er trykglansen på den behandlede overflade. Des-10 uden tiltager farvedybden. Dette problem med, at trykfarven slår ind i papiret, er udpræget ved alle trykfremgangsmåder, men især ved dvbtryksfremgangsmåder, idet dybtryksfarver sammenlignet med andre trykfarver (højtryk, offsettryk) skal have en væsentlig ringere viskosi-15 tet. Dybtryk hører til de mest udbredte trykarter ved massetryksager af enhver art. Ud fra økonomiske samt postale grunde har der i årevis været en tendens til at forringe overfladevægten af den slags papir. Der er sat grænser for dette ønske, især hvad angår krideret dyb-20 trykspapir, men også for naturdybtrykspapir.

For at dybtryksfarven kan stå godt på papiroverfladen, skal krideringen for de kriderede sorter have

O

en mindste tykkelse på ca. 6,5 - 7 g/m og side, ved. på begge sider krideret dybtrykspapir resulterer dette ved 25 en samlet vægt på 50 g/m^ i et krideringsråpapir på ca.

36 g/m . Dette er i underkanten udfra et synspunkt i dag, da det kun er fibrene i krideringspapiret, der bidrager til de fysiske styrkeværdier af trykkepapiret.

På den anden side er det ukriderede naturdybtryks-papir ikke det kriderede dybtrykspapir jævnbyrdig, hverken hvad angår blødhed eller glans af de producerbare tryksager. Især forbruget af dybtryksfarve ligger størrelsesmæssigt på 2 1/2 til 3 gange mere end for det kriderede papir, fordi naturdybtrykspapirets porøsitet og 35 dermed sugeevne er væsentlig større. Som følge heraf er trykkets gennemslag og gennemskin på bagsiden af disse papirer et særligt problem ved yderligere sænkning af vægten pr. fladeenhed.

DK 169588 B1

O

2

Ved den i EP-PS nr. 00 17 793 beskrevne anvendelse af hydratiserbare filmdannende c.olloidale lerarter er det ganske vist i nogen grad lykkedes at lukke overfladen noget på det ukriderede naturdybtrykspapir og at forbedre 5 påtrykbarheden. Det således behandlede dybtrykspapir er imidlertid endnu ikke sammenligneligt med det kriderede dybtrykspapir hvad angår farveoptagelsen, end ikke tilnærmelsesvis. Anvendelse af de i EP-PS- nr. 00 17 793 beskrevne hydratiserede filmdannende lerarter i kride-10 ringsrecepter eller som overfladebelægning er imidlertid umulig af rheologiske grunde.

Man har nu fundet frem til, at trykegenskaberne, især dybtryk- og valseoffsettrykegenskaberne af papir, især af tyndtrykpapirer, men også af karton, kan for-15 bedres betydeligt, hvis man behandler papiret henholdsvis kartonet i massen eller på overfladen med en blanding, der i det væsentligste består af en vandig dispersion eller suspension af organiske kvartære ammoniumsalte og polymerer, der indeholder anioniske grupper.

20 Genstand for opfindelsen er et middel til forbed ring af påtrykbarheden af papir og karton som følge af formindskelse af indslaget af alle systemer, der indeholder organiske opløsningsmidler, olier og andre lav-til middelviskose organiske forbindelser. Dette middel 25 består i det væsentligste af 50 til 95 vægt% vand og 5 til 50 vægt% af en blanding af I. 1 til 50 vægt% af a) et kvartært organisk ammoniumsalt med mindst én 30 Cg-C22“alkylgruppe, b) en blanding af 50 til 99,5 vægt% af et kvartært organisk ammoniumsalt og 0,5 til 50 vægt% af en mættet eller umætter Cg-C22“fe^tsyre, et oxideret voks eller en polyglycol med en molvægt over 4000, 35 eller

O

3 DK 169588 B1 c) en blanding af 50 til 99,5 vægt% af et med en mi neralsyre eller lavere carboxylsure delneutraliseret organiskamin og 0,5 til 50 vægt% af en mættet eller umættet Cg-C22“fedtsyre, et oxideret voks 5 eller en polyglycol med en molvægt over 4000 samt II. 50 til 99 vægti af en vandopløselig eller vand-kvældbar polymer indeholdende anioniske grupper.

I betragtning som kvartære organiske ammoniumsalte kommer især de følgende formler (1) til (8) 10 R ® yR2 X® (1)

\R

R1 R? hvori 15 r betyder Cg-C22”alkyl, Cg-C22_alkenyl eller en gruppe med formlen -(A-0)V-Cg-C22~alkyl, 1 ^ R·1· betyder C^-C^-alkyl eller benzyl, R2 betyder hydrogen, C1-C22“alkyl, C1-C22”alkenyl eller en gruppe med formlen -(A-O)y-B eller formlen -(A-0)y-Cg-C22-20 -alkyl, R3 betyder hydrogen, C1-C4-alkyl eller en gruppe med formlen -(A-0)y-B, A betyder C4-C4~alkylen, B betyder hydrogen eller en gruppe med formlen -COR, 25 y er et tal fra 1 til 25, og X betyder en anion; i1 R - CHCH0 - % - R, X® (2) I 2 I 2 30 OH R2 hvori X, R, R·^ og R2 har ovennævnte betydninger; R Θ^(Α-0)2-Β

35 X

B-(O-A)^ lA-0)z-B

DK 169588 B1

O

4 hvori hvert enkelt z betyder et tal fra 1 til 10, og X, R-^, A og B har ovennævnte betydninger: hx®/(ch2,p-cooh χθ

r/ ^(CH2)p-C00R

hvori p betyder 1 eller 2, og X, R og R·^ har ovennævnte betydninger; p- -i 10 ^ h *1 R-©L-(CH2)m-®|J ._(ch2)bAr4 (Χθ)2+η (5) R4 _ \n R4 hvori grupperne R4 kan være ens eller forskellige og be-15 tyder hydrogen, C^-C^-alkyl, benzyl eller en gruppe med formlen -(A-0)2-B, m er 2 eller 3, og n er 0 eller 1, og X, R, R-^, A, B og z har ovennævnte betydninger;

Rj R, 20 A-(CH2)m-<4-R5 3χθ (6) L »5 J2 hvori R5 betyder hydrogen, C-^-C^-alkyl eller benzyl, og X, R, R-i og m har ovennævnte betydninger; 25 R-C X® (7) -CH.

/ \ 2 R1 CH2CH2-R6

hvori Rg betyder OH, NH2 eller en gruppe med formlen -COR

eller NHCOR, og X, R og har ovennævnte betydninger; 30 R, - - R x® (8)

R

35 hvori X, R og R^ har ovennævnte betydninger.

O

5 DK 169588 B1 På tale som organiske aminer ved komponent Ic) kommer de aminer, der ligger til grund for de ovenfor anførte kvartære ammoniumsalte. Disse aminer har følgende formler (1') til (8’) / hvor de enkelte substituenter har 5 den samme betydning som ved formlerne (1) til (8) /R2 /¾ R —(1 ' ), RCHCH2-N^ (2'), OH r2

10 (CH ) -C00R

N-[(A-0)z-BJ5 (3' ), R-N^ (4 * )t

(CH0) -C00R 2 P

R Γ 1 R4 15 -(CH2)m-N--(CH2)æ-N^ (5·), R4 L R4jn r4 ^ - ch2 R-H-(CH )m-N (6·), R-C I (7'), 20 L r5J2 Nr-ch2 CH2CH2-R6 n 25 »sy» - K (8' )

R

Af alle forbindelser i komponent la) foretrækkes forbindelserne med formel 1. Ligeledes foretrækkes de delneutraliserede aminer med formlen 1' i blanding med 30

Ci2“Ci8_fedtsyrer som komponent Ic). I forbindelserne med formlen 1 til 8 og 1 * til 8' foretrækkes følgende grupper: R = eller C-£2-ci8-alkenyl, R2 = methyl eller ethyl, R2 = methyl, ethyl, eller C22“ci8“alkenyl, A = C2H4 eller C3H6/ og n = 1 eller 2. Såfremt substituenterne består af C8“C22“alkyl- henholdsvis C8-C22-elkenylgrupper, kommer 35

O

DK 169588 Bl 6 her især på tale sådanne grupper, der afledes fra naturlige fedtsyrer og deres blandinger, som f.eks. talgfedtsyre, kokosfedtsyre, oliesyre, palmitinsyre, stearinsyre.

På tale som anioner kommer f.eks. chlorid, bromid, sulfat, 5 methosulfat, dimethophosphat eller anioner af organiske syrer, såsom eddikesyre, propionsyre, trichloreddikesyre, mælkesyre, citronsyre, vinsyre, tartronsyre, oxalsyre, malonsyre.

Midlet ifølge opfindelsen indeholder fortrinsvis 10 15 til 25 vægt% af de to komponenter I og II. De fore trukne mængdeforhold af de to komponenter I og II indbyrdes ligger på 5 til 15 vægt% for komponent I svarende til 85 til 95 vægt% for komponent II. Komponent Ib) består fortrinsvis af 70 vægt% af det kvartære ammonium-15 salt og 30 vægt% af det eller de andre andele. Det samme mængdeforhold foretrækkes for komponent Ic) . Til delneutralisation af de organiske aminer i komponent Ic) anvendes 0,05 til 0,5 mol, fortrinsvis 0,1 mol af en syre til 1 mol organisk amin. På tale som syrer til dette for-20 mål kommer de gængse mineralsyrer og organiske carboxylsyrer. Til komponent Ic) har det vist sig formålstjenligt at medanvende en ikke-ionisk emulgator. I stedet for kun en af komponenterne la, b eller c kan man også anvende forskellige blandinger af disse enkeltkomponenter.

25 På tale som polymere {komponent II) kommer eksem pelvis polysaccharidderivater indeholdende anioniske grupper, f.eks. carboxymethylcellulose, carboxvmethylstivelse, carboxymethylguar, xanthan eller syntetiske polymere indeholdende anioniske eller polære grupper, f.eks. poly-30 acrylater, anioniske polyacrylamider, copolymerisater ud fra acrylsyre og maleinsyreanhydrid, ud fra styren og maleinsyreanhydrid eller ud fra styren og acrylsyre eller også polyvinylalkoholer og polyvinylacetater. Foretrukket er imidlertid også oxideret stivelse. Disse poly-35 mere kan også op til en mængde på 70 vægt% erstattes af de ved papirfremstillingen sædvanligvis anvendte hvid-

O

7 DK 169588 B1 pigmenter, såsom titandioxid, kaolin, calciumcarbonat.

Fremstillingen af det her omhandlede middel sker ved 1 enkel udrøring af stamblandingerne af de nødvendige komponentern.

5 Midlet ifølge opfindelsen kan ved papirfremstil lingen tilsættes i blandeanlægget eller stofcentralen i en mængde på 2 til 8, fortrinsvis 5 til 7, vægt%, baseret på det færdige papir. Tilsætningen kan især også ske indenfor fyIdstofopslæmningen, idet man først ind-10 rører polymeren i fyldstofopslæmningen og derefter tilsætter den kvartære organiske ammoniumforbindelse. Denne blanding sættes så til stoffet. Derudover er det også muligt at påføre midlet ifølge opfindelsen på papiret indenfor rammerne af en krideringsrecept.

15 Man foretrækker imidlertid at påføre midlet ifølge opfindelsen på overfladen af råpapiret. Dette sker ved hjælp af egnede indretninger før satineringen. Såfremt papirmaskinen er indrettet tilsvarnde, kan midlet ifølge opfindelsen også påføres i maskinens tørreparti. Efter 20 påføring på overfladen tørres der. Påføringsmængderne ved påføring på overfladen andrager i almindelighed 0,1 til 10 g/m^, fortrinsvis 0,6 til 3 g/m^.

Midlet ifølge opfindelsen egner sig til behandling af alle arter papir, som de er nødvendige ved dybtryk, 25 valseoffsettryk, arkoffsettryk og højtryk. Særlig interessant er midlet ifølge opfindelsen til dybtryk- og valseoffsettrykpapir. Til dybtryk kommer i det væsentlige 2 papirarter på tale, nemlig det høj fyldte, satinerede, hovedsageligt træholdige dybtrykpapir med flade-30 vægte mellem 40 og ca. 80 g/m^ (SC-papir) og det kride-rede, træholdige eller træfrie, høj satinerede dvbtryk- Λ papir med fladevægte mellem 45 og 135 g/m . Ved valseoffsettryk drejer det sig sædvanligvis om træholdigt, ukrideret eller krideret, såkaldt LWC-papir med flade-35 vægte mellem 40 og 80 g/m^. Til arkoffsettryk anvendes i almindelighed såvel træholdigt som træfrit papir med o fladevægte på 60 g/m og mere, der på overfladen er limet eller krideret. Forbindelserne ifølge opfindelsen er også DK 169588 B1

O

8 af interesse for behandlingen af papir til højtryk (bogtryk, avistryk). Herved er det først og fremmest af betydning, at papir, der behandles med midlet ifølge opfindelsen, kræver mindre farve ved trykning.

5 De organiske grupper i de kvartære ammoniumsalte og aminer forhindrer ved adsorption af det i trykfarverne indeholdte organiske opløsningsmiddel eller også mineralolie en yderligere indtrængen af trykfarven og dermed gennemslag på bagsiden af papiret. Samtidigt forbedres tryk-10 farvens affinitet til papiret. Anvendelsen af polymer, f.eks. oxideret stivelse, er nødvendig, fordi de organiske kvartære ammoniumsalte alene udøver · en blødgørende virkning på papirfibrene og således formindsker papirets rivelængde betydeligt. Ved en saltdannelse mellem kvartær am-15 moniumforbindeIse og polymer hindres denne uønskede virkning af den kvartære ammoniumforbindelse. Den blødgørende effekt og dermed formindskelsen af rivelængden udebliver.

De fordele, der opnås med midlet ifølge opfindelsen på trykpapir lader sig gengive som følger: Formindskel- 20 sen af gennemslaget og gennemskinnet, forøgelse af farve-dybden henholdsvis sortheden, formindsket farveforbrug, forhøjelsen af trykglansen, formindskelse af de manglende pletter, forøgelse af ledeevnen. Ved valseoffsettryk viste der sig også en forbedring af trækstyrken. Ved en formind-25 skelse af farveforbruget lettes også sværtefjernelsen fra et med et middel ifølge opfindelsen behandlet og derpå påtrykt papir. Det ved sværtefjernelse opnåede fiberstof udviser en betydeligt bedre hvidhed. Fordelene viser sig med det beskrevne middel også ved carbonfrit gennemslags-30 papir, der arbejder med mikrokapsler. Problemer med alle disse kapselpapirer består i, at ca. halvdelen af det frigjorte kapselindhold suges tilbage til det afgivende blad og overhovedet ikke bidrager til farvereaktionen.

Ved behandling af papiret med midlet ifølge opfindelsen 35 formindskes denne tilbagesugning af kapselindholdet, og overføringsfaktoren forøges vri^or.tlig·’-.

O

9 DK 169588 B1 På karton, der ofte overlakeres efter påtrykning, formindskes lakforbruget ved belægning med midlet ifølge opfindelsen.

5 EKSEMPLER

De i følgende tabel angivne forbindelser sammenrøres i form af ders vandige stamopløsninger, dispersioner eller suspensioner i de angivne mængder. De opnåede blandinger er pastaagtige og viser i de tilfælde, hvor 10 kaolin er tilsat, et udpræget pseudoplastisk flydeforhold.

o

Med disse blandinger belægges et naturtrykpapir @0 g/m )

Eksempel

Udgangsstoffer 1234567 15 Mængder i g

Afioniseret vand 820,0 820,0 818,5 817,5 818,1 820,0 820,0

Distearyldime- thylammonium- 2o chlorid 20,0 19,5 9,8 13,0 45,0

Stearinsyre 6,0 6,0 3,0 6,5

Stearylamin 12,0 12,0 6,0

Oxideret stivelse 162,0 162,0 54,0 54,0 54,0 54,0 91,0

Carboxylmethy1-25 hydroxydethyl- cellulose 45,0

Kaolin 108,0 108,0 108,0 108,0

Saltsyre(37%'s) 0,45 0,45 0,23

Ikke-ionisk emulgator 2,00 2,0 1,0 30

Med disse belægningsmasser er følgende kendetal opnået ved prøvetryk: 35 o 10 DK 169588 B1

Uden belægning Eksempel 1 2 3 4 5 6 7 5 Påføringsmængde g/m2 - 2,90 3,01 2,92 2,86 3,39 2,59 3,88

Farvetæthed % 1,61 2,04 1,89 2,01 2,07 2,02 2,05 1,84

Gennemslag 20,6 3,7 5,6 5,3 9,5 8,2 8,5 7,5

Glans (Lehmann) 2,23 3,83 2,38 2,23 3,67 3,43 3,95 2,60 10 Disse værdier, især værdierne for gennemslag, viser, at man, med midlet ifølge den foreliggende opfindelse, opnår en meget væsentlig forbedring af påtrykbarheden af papir.

15 20 25 1 35

Claims

1. Middel til forbedring af påtrykbarheden af papir og karton, kendetegnet ved, at det i det 5 væsentligste består af 50 til 95 vægt% vand og 5 til 50 vægt% af en blanding af I. 1 til 50 vægti af a) et kvartært organisk ammoniumsalt med mindst én

10 Cg-C22“alkylgruppe, b) en blanding af 50 til 99,5 vægti af et kvartært organisk ammoniumsalt og 0,5 til 50 vægti af en mættet eller umættet Cg-C22“fe<3-tsyre, oxideret voks eller en polyglycol med en molvægt over 4000, 15 eller c) en blanding af 50 til 99,5 vægti af en med en mineralsyre eller lavere carboxylsyre delneutraliseret organisk amin og 0,5 til 50 vægti af en mættet eller umættet Cg-C22"fe^tsyre, at oxideret 20 voks eller en polyglycol med en molvægt over 4000 samt II. 50 til 99 vægti af en vandopløselig eller vand-kvældbar polymer, der indeholder anioniske grupper.

2. Middel ifølge krav 1, kendetegnet ved, 25 at det kvartære organiske ammoniumsalt udgøres af en forbindelse med formlen (1) til (8) ^ir x® (1) ^R3 30 1 5 hvori R betyder c8-c22-a^kylf Cg-C22“alkenyl eller en gruppe med formlen - (A-O) y.-Cg-C22_alky1^ Ri betyder C^-C^-alkyl eller benzyl, R2 betyder hydrogen, C1-C22”alkyl, alkenyl eller en gruppe 35 med formlen -(A-0)v~B eller formlen -(A-O)y-Cg-C22_alkyl, Rg betyder hydrogen, C-^-C^-alkyl eller en gruppe med formlen -(A-0)v-B, *12 O DK 169588 B1 A betyder C-^-C^-alkylen, B betyder hydrogen eller en gruppe med formlen -COR, y er et tal fra 1 til 25, og X betyder en anion;

3. Middel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den organiske amin betyder en forbindelse med formlen (l1) til (8') 20 R „ Ro y 2 / t R—N (1'), RCHCH9-N (21), \ I * \ R3 oh r2 25 N-[(A-0) -B]_ (3'), R-B^ (4'), z NoO-COOR 30 Γ 1 /B4 ^N--CCH2)m-N--(CH2)b-H^ (5'), B4 — R4. n B4 35 ... . O DK 169588 B1 /*5] " ^N-fH2 R-N—(CH2)m-H (6’), R-C I (7'), N5J2 xn-ch2

4. Middel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at komponent I er distearyldimethylammoniumchlorid.

5. Middel ifølge krav 1, kendetegnet 15 ved, at komponent I består af en blanding af delneutraliseret stearylamin og stearinsyre.

5 CHgCHg-Rg n l^N - R (8’ ) R 10

5 R-cf^ X0 (7) / \ 2 R1 CH2CH2-R6 hvori Rg betyder OH, NH2 eller en gruppe med formlen -COR 10 eller -NHCOR, og X, R og R^ har ovennævnte betydninger; *1 - - Η X® (8) R 15 hvori X, R og R2 har ovennævnte betydninger.

5 R1 R - CHCH2 - ^ - R2 X® (2) OH R2 10 hvori X, R, R^ og R2 har ovennævnte betydninger; R1 Θ .(A-O)-B X® (3) B-(O-A) ^(A-0) -B z z 15 hvori hvert enkelt z betyder et tal fra 1 til 10, og X, R^, A og B har ovennævnte betydninger; R. ©.(CH,) -COOR 20 /“C , Χθ K1 (0H2) -C00R hvori p betyder 1 eller 2, og X, R og Rj har ovennævnte betydninger;

25 R1 Γ Rl] *1 r-4— (CH2)b-®9 -(0Η2)π.γκ4 (Χθ)2+η (5) R4 _ R4 n R4 30 hvori grupperne R^ kan være ens eller forskellige og be tyder hydrogen, C^-C^-alkyl, benzyl eller en gruppe med formlen -(A-0)z-B, m betyder 2 eller 3, og n er 0 eller 1, og X, R, R·^, A, B og z har ovennævnte betydninger: Rif R1 Ί 35. i | 1 R-%_.(CH2)m-%-R5 3Xe (6) L r5 J2 DK 169588 B1 o 1 o - -J hvori Rg betyder hydrogen, C^-C^-alkyl eller benzyl, og X, R, R·^ og m har ovennævnte betydninger; " I H2

6. Fremgangsmåde til forbedring af påtrykbarheden af papir, kendetegnet ved, at man indarbejder midlet ifølge krav 1 i papirmassen eller påfører det på 20 papirets overflade. 25 1 35