FI123391B - Menetelmä paperin tai kartongin painopinnan modifioimiseksi - Google Patents

Menetelmä paperin tai kartongin painopinnan modifioimiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI123391B
FI123391B FI20051234A FI20051234A FI123391B FI 123391 B FI123391 B FI 123391B FI 20051234 A FI20051234 A FI 20051234A FI 20051234 A FI20051234 A FI 20051234A FI 123391 B FI123391 B FI 123391B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
amphiphilic
paper
polymer
substrate
block copolymer
Prior art date
Application number
FI20051234A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20051234A0 (fi
FI20051234A (sv
Inventor
Jukka Veli Seppaelae
Arto Salminen
Original Assignee
Aalto Korkeakoulusaeaetioe
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aalto Korkeakoulusaeaetioe filed Critical Aalto Korkeakoulusaeaetioe
Priority to FI20051234A priority Critical patent/FI123391B/fi
Publication of FI20051234A0 publication Critical patent/FI20051234A0/fi
Priority to EP06820076.5A priority patent/EP1954878B1/en
Priority to US12/085,665 priority patent/US8613830B2/en
Priority to PCT/FI2006/000400 priority patent/WO2007063172A1/en
Publication of FI20051234A publication Critical patent/FI20051234A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI123391B publication Critical patent/FI123391B/fi

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/10—Coatings without pigments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/50—Recording sheets characterised by the coating used to improve ink, dye or pigment receptivity, e.g. for ink-jet or thermal dye transfer recording
    • B41M5/52—Macromolecular coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M2205/00—Printing methods or features related to printing methods; Location or type of the layers
    • B41M2205/12—Preparation of material for subsequent imaging, e.g. corona treatment, simultaneous coating, pre-treatments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/50—Recording sheets characterised by the coating used to improve ink, dye or pigment receptivity, e.g. for ink-jet or thermal dye transfer recording
    • B41M5/52—Macromolecular coatings
    • B41M5/5236—Macromolecular coatings characterised by the use of natural gums, of proteins, e.g. gelatins, or of macromolecular carbohydrates, e.g. cellulose
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/50—Recording sheets characterised by the coating used to improve ink, dye or pigment receptivity, e.g. for ink-jet or thermal dye transfer recording
    • B41M5/52—Macromolecular coatings
    • B41M5/5245—Macromolecular coatings characterised by the use of polymers containing cationic or anionic groups, e.g. mordants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/50—Recording sheets characterised by the coating used to improve ink, dye or pigment receptivity, e.g. for ink-jet or thermal dye transfer recording
    • B41M5/52—Macromolecular coatings
    • B41M5/5254—Macromolecular coatings characterised by the use of polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. vinyl polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/50—Recording sheets characterised by the coating used to improve ink, dye or pigment receptivity, e.g. for ink-jet or thermal dye transfer recording
    • B41M5/52—Macromolecular coatings
    • B41M5/529—Macromolecular coatings characterised by the use of fluorine- or silicon-containing organic compounds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/36—Coatings with pigments
    • D21H19/44—Coatings with pigments characterised by the other ingredients, e.g. the binder or dispersing agent

Landscapes

  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Paper (AREA)

Description

Menetelmä paperin tai kartongin painopinnan modifioimiseksi
Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää kuitupitoisesta materiaalista koostuvan substraatin pinnan, etenkin paperin tai kartongin 5 painopinnan, modifioimiseksi.
Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 11 mukaista tuotetta.
Kun halutaan tuottaa laadukasta painojälkeä ja valmistaa korkealaatuisia painotuotteita, 10 paperin painopinnan laatuun on kiinnitettävä erityistä huomiota. Jo perinteiset painatusmenetelmät ovat edellyttäneet korkealaatuista painopintaa ja painoprosessin kokonaisvaltaista hallintaa. Tuotteiden kehittyessä painotuotteille asetetaan yhä erilaisempia laatuvaatimuksia, kun käyttöön on otettu uusia tulostusteknologioita, mustesuihkutulostus mukaan lukien.
15
Keskeisiä painopinnan laatua kuvaavia mittareita ovat painovärin tunkeutuminen paperin poikki- ja paksuussuunnassa sekä painovärin adheesio paperin pintaan. Paperin fysikaalisesti ja kemiallisesti heterogeenisestä luonteesta johtuen pohjapaperia on muokattava erilaisin keinoin, jotta painopinnan laatu vastaisi loppusovelluksen 20 vaatimuksia.
Painopintaa voidaan muokata joko fysikaalisten tai kemiallisten menetelmien avulla. Molempien menetelmien tavoitteena on hallitusti säätää veden ja orgaanisten liuottimien kapillaarista tunkeutumista ja absorptiota paperin kuituihin ja kuitujen välisiin huokosiin
CM
0 25 sekä parantaa painovärin adheesiota paperiin. Yksi tärkeimmistä fysikaalisista cb muokkausmenetelmistä on paperin kalanterointi, jossa lämpö- ja painekäsittelyn avulla i LO kuidut pakataan tiiviimmäksi verkoksi.
cc
CL
Kemiallisesti painopintaa on perinteisesti parannettu polymeeripitoisella pigmentti-cm 30 päällysteellä, jonka paksuus on tyypillisesti 1-5 pm. Pigmenttipäällysteen avulla paperin
LO
o pinta kitataan umpeen peittämällä harvan kuituverkoston reiät ja huokoset pigmenteillä.
CM
Tunnetuissa menetelmissä menetelmässä polymeeri toimii sideaineena, jonka tärkein tehtävä on sitoa pigmenttipartikkelit yhteen ja sitoa päällystekerros pohjapaperiin.
2
Sideaineena käytettävä polymeeri voi olla vedessä sekä liuoksena, emulsiona että dispersiona. Koostumukseltaan polymeerit voivat olla joko homopolymeerejä tai satunnaiskopolymeerejä. Vesiliukoisina polymeereinä käytetään tavallisesti mm. polyvinyylialkoholia, karboksimetyyliselluloosaa ja tärkkelysjohdannaisia. Dispersio-5 muotoisia polymeerejä edustavat synteettiset lateksit. Näitä ovat mm. styreeni-butadieeni-, akrylaatti- ja vinyyli asetaatti-pohj ai set lateksit.
Yleensä levitys paperin pintaan tapahtuu telan avulla, mutta viime vuosina on kehitetty uusia pinnoitusmenetelmiä, kuten verhopinnoitus ja spray-pinnoitus, jotka edellyttävät 10 uudenlaisia ominaisuuksia pinnoitteena käytettäviltä polymeereiltä.
Esillä olevan keksinnön yhteydessä olemme yllättäen havainneet, että painopinnan laatuun voidaan vaikuttaa aivan uudella tavalla käyttämällä nanoteknistä lähestymistapaa.
Etenkin keksinnössä modifioidaan kuitusubstraattien, kuten paperin ja kartongin pintaa 15 saattamalla se kosketuksiin amfifiilisen polymeerin kanssa.
Amfifiiliset polymeerit ovat lohkokopolymeereja, jotka sisältävät hydrofiilisen ja vastaavasti hydrofobisen lohkon. Ainutlaatuisen rakenteensa ansiosta amfifiilisten polymeerien eri lohkojen vuorovaikutus poolittomien ja polaaristen liuottimien kanssa on 20 hyvin erilainen. Epäsuotuisten vuorovaikutusten välttämiseksi molekyylit muodostavat usein liuoksissa itseorganisoituvia rakenteita. Amfifiileilla onkin pitkä historia teollisina surfaktantteina.
Tärkeä sovelluskohde amfifiileillä on emulgaattoreina ja emulsion stabilointiaineena, o 25 Emulgaattorina amfifiilin hydrofobinen pää liukenee hydrofobiseen yhdisteeseen ja cb hydrofiilinen pää ulottuu vesifaasiin. Lohkokopolymeerejä käytetään myös farmasiassa.
i LO Itseorganisoituneet rakenteet voivat sulkea sisäänsä hydrofobisia lääkeaineita ja lisätä näin x niiden liukoisuutta veteen. Koska misellit voivat liuottaa vesiliuoksessa sisäänsä
CC
CL
hydrofobisia yhdisteitä, amfifiilejä käytetään myös orgaanisten molekyylien uuttamiseen 00 c\i 30 vesifaasista. Näin voidaan välttää orgaanisten liuottimien käyttö.
LO
o o cm .
Esillä olevassa keksinnössä amfifiilisten polymeerien sovelluskenttää laajennetaan paperin päällystyspolymeerien suuntaan. Niinpä keksintö saa aikaan vesiliukoisia, kolloidaalisia tai misellaarisessa muodossa vedessä olevia amfifiilisia lohkokopolymeerejä, jotka pystyvät 3 itseorganisoitumisen kautta vaikuttamaan painopinnan laatuun. Polymeeri levitetään paperin pinnalle hyvin laimeana vesiliuoksena, jolloin polymeeri on mahdollista levittää tasaisesti pienenä pitoisuutena veden poistuessa kuivausvaiheessa.
5 Kuviossa 1 on esitetty periaate, miten amfifiiliset polymeerit voivat asettua paperin pinnalle. Saadaan aikaan täysin uudenlainen paperi- tai kartonkituote, jolla on pääasiallisesti hydrofobiset ominaisuudet substraatin pintaan kiinnittymättömien, hydrofobisten lohkojen vaikutuksesta.
10 Erityisen edullisen sovelluksen mukaan amfifiilinen polymeeri, joka käsittää vesiliukoisena lohkona polyeteenioksidilohkoja ja veteen liukenemattomina lohkoina oktadekenyylimeripihkahappolohkoja.
Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti 15 tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
Keksinnön mukaiselle paperille tai kartongille on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 11 tunnusmerkkiosassa.
20 Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä käyttämällä nanoteknistä lähestymistapaa amfifiilisten polymeerien avulla voidaan vaikuttaa painopinnan laatuun jo hyvin pienillä pitoisuuksilla. Amfifiilisen luonteensa ansiosta lohkokopolymeerit pystyvät orientoitumaan paperin pinnalla ja tätä kautta polymeerien hydrofobiset lohkot voivat orientoitua pinnasta ulospäin ja rajoittaa sekä vesi- että liuotinpohjaisten painovärien o 25 tunkeumaa. Samanaikaisesti polymeerin vesiliukoinen lohko ankkuroi polymeerin kuidun g pintaan. Amfifiilinen polymeeri muodostaa siten itseorganisoituneen nanopinnoitteen LO kuitumateriaalin rakenneosien pinnalle, kuten edullisesti kuitujen tai täyteaineiden x pinnalle.
□_
CO
cm 30 Keksinnön avulla voidaan paperi- tai kartonkialustan imupaperi efektiä vähentää ja
LO
o painomusteen kapillaarista imeytymistä hallita. Samalla kuitenkin paperin pinta kykenee
CM
kiinnittämään painomustetta siten, että siihen jää haluttu, painomusteen muodostama painojälki.
4
Hydrofobointivaikutuksen lisäksi olemme yllättäen havainneet mekanismin, jolla voidaan vaikuttaa painopinnan laatuun käyttämällä amfifiilisia polymeerejä ns. termobondaus-aineina, jotka sitovat kuiturakenteen kalanteroinnin vaikutuksesta tiiviimmäksi verkoksi ja vaikuttavat tätä kautta painovärien tunkeumaan.
5
Yllättäen olemme edelleen havainneet, että valitsemallamme lähestymistavalla voimme modifioida paperin painopinnan laatua. Keksinnön mukaisten amfifiilisten polymeerien avulla pystymme hidastamaan varsinkin vesiliukoisten värien tunkeutumista paperin rakenteeseen sekä muuttamaan paperin pintaenergiaa ja kontaktikulmia painopinnan 10 kannalta suotuisaan suuntaan.
Tässä kuvattuja polymeerejä voidaan käyttää hyvin pieniä määriä pinta-alayksikköä kohden. Polymeerimateriaalin avulla muutetaan esim. paperin tai kartongin pintaominaisuuksia painosovelluksiin liittyen.
15
Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan yksityiskohtaisen selityksen avulla oheisiin piirustuksiin viitaten.
Kuviossa 1 on kaaviomaisesti esitetty lohkokopolymeerin käyttäytyminen paperin pinnalla, 20 kuviossa 2 on kuvattu amfifiilisen polymeerin neljä mahdollisia rakennevariaatioita, kuviossa 3 on esitetty amfifiilisten rakenteiden synteesi kondensaatioreaktion kautta, kuvioissa 4a ja b on esitetty SEM-kuvat lohkokopolymeerillä päällystetystä hienopaperista (kuvio 4a) ja vastaavasti päällystämättömästä hienopaperista (kuvio 4b), kuvioissa 5a ja b on esitetty vesipohjaisen värin tunkeutuminen amfiifilisella polymeerillä
CM
o 25 päällystettyyn (kuvio 5a) ja vastaavasti päällystämättömään paperiin (kuvio 5b) ja g kuvio 6 on pylväsdiagrammi, jossa on näytetty amfifiilisen lohkokopolymeerin vaikutus LO hienopaperin pintaenergiaan.
X
Amfifiiliset polymeerit ovat kopolymeerejä, jotka voivat olla rakenteeltaan lineaarisia co 30 lohkokopolymeerejä, oksaskopolymeerejä tai tähtikopolymeerejä. Mahdolliset ίο rakennevariaatiot on esitetty kuviossa 2. Amfifiilisyys aiheutuu polymeerin lohkojen o cv erilaisesta polaarisuudesta. Suppeammassa mielessä amfifiilisen kopolymeerin toinen lohko on hydrofiilinen, vesiliukoinen ja toinen hydrofobinen, veteen liukenematon. Tässä 5 keksinnössä on keskitytty lineaarisiin lohkokopolymeereihin, joissa lohkoja voi olla kaksi tai useampia.
Amfifiilisten polymeerien valmistusta ja ominaisuuksia kuvaavat mm. seuraavat julkaisut: 5 US-patenttijulkaisut 6.887.962, 6.538.091 ja 6.624.262; Vlcek et ah, Polymer 46 (2005), ss. 4991-5000; Sugiyama et ah, Polymer 44 (2003), ss. 4157-4164; Dworak et ah, Reactive and Functional Polymers 42 (1999), ss. 31-36; Chognot et ah, Journal of Colloid and Interface Science 268 (2003), ss. 441-447 ja Kurian et ah, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry 38 (2000), ss. 3200-3209.
10
Yksinkertaisin tapa valmistaa lineaarisia amfifiilisiä lohkorakenteita on makro-monomeerien kondensaatioreaktion kautta. Menetelmä on esitetty kuviossa 3.
Hallittuja rakenteita menetelmällä voidaan valmistaa ainoastaan silloin, kun toisella 15 makromonomeerilla on ainoastaan yksi toisen polymeerin kanssa reagoiva funktionaalinen ryhmä. Tällöin on mahdollista valmistaa kaksi-ja kolmilohkorakenteita. Jos funktionaalisia ryhmiä on enemmän, tuloksena on vaihteleva monilohkorakenne ja usein leveän moolimassajakauman polymeeri.
20 Vinyylimonomeereista muodostuvien lohkokopolymeerien kaupallinen valmistus on ollut aivan viime aikoihin asti kallista, vaikeaa ja rajoittunut melko suppeaan monomeeri-joukkoon. Perinteisesti tällaisia lohkokopolymeerejä on valmistettu elävän anionisen ja kationisen polymerointimekanismin kautta lisäämällä monomeerit peräkkäin reaktioseokseen. Menetelmän heikkoutena on ollut hyvin matalat reaktiolämpötilat ja o 25 kasvavan anionisen ketjun herkkyys polaarisille ryhmille.
i O) o in Vinyylimonomeerien lohkokopolymeerien valmistusta varten on kehitetty uusi menetelmä, x ns. elävä radikaalipolymerointi. Elävässä radikaalipolymeroinnissa reaktiot voidaan
CL
suorittaa huoneenlämpötilassa eikä menetelmä ole yhtä herkkä polaarisille ryhmille kuin c\i 30 perinteiset elävät polymerointimenetelmät.
LO
o o
CM
Keksinnössä käytetään edullisesti amfifiilistä lohkokopolymeerimateriaalia, joka saatetaan substraatin pintaan vesipohjaisen liuoksen, emulsion, kolloidisen seoksen tai dispersion muodossa, etenkin polymeeri on liuotettu tai dispergoitu veteen. Lohkokopolymeeri voi 6 olla rakenteeltaan kaksi- tai kolmilohkokopolymeeri. Kuten yllä todettiin, tyypillisesti amfifiilinen lohkokopolymeeri sisältää sekä vesiliukoisen (hydrofiilisen) että veteen liukenemattoman (hydrofobisen) lohkon. Hydrofiilisten ja vastaavasti hydrofobisten lohkojen välinen moolisuhde on yleensä noin 25:1.1:2, etenkin noin 20:1... 1:1.
5 Moolisuhde vaihtelee sen mukaan, halutaanko käyttää vesiliuokoista, misellaarista tai veteen dispergoitua lohkokopolymeeriä, jolloin korkealla hydrofiili/hydrofobi-suhteella (esim. yli 5 tai yli 7) saavutetaan parempi vesiliukoisuus kuin alhaisella (esim. alle 3). Tyypillisesti suhde on noin 12:1...5:1.
10 Amfifiilisen polymeerin hydrofiilinen lohko voi olla vesiliukoinen polyeteenioksidi.
Hydrofobisen lohkon muodostavista monomeereistä voidaan mainita n-oktadekenyyli-meripihkahappo.
15 Keksinnössä käytettävien amfifiilisten polymeerien moolimassa voi vaihdella laajalla alueella aina sen mukaan, minkälaisista hydrofiilisistä ja vastaavasti hydrofobisista lohkoista kopolymeeri koostuu. Yleensä moolimassa on kuitenkin noin 500 - 500.000 g/mooli, etenkin noin 1.000 - 350.000 g/mooli ja sopivimmin noin 2.000 - 250.000 g/mooli. Tavallisesti käytetään polymeerejä, joiden moolimassat ovat esim. 3.000 - 50.000 20 g/mooli.
Usein halutaan valmistaa lineaarisia lohkorakenteita, jolloin hydrofiilisenä lohkona käytetään polyeteenioksidia (PEO). PEO:lla reaktiivisina ryhminä ovat ainoastaan ketjun päässä sijaitsevat hydroksyyliryhmät, joten siitä on helppo valmistaa lineaarisia lohko-
CM
o 25 kopolymeerejä.
i O) o un Edullisessa sovelluksessa vesiliukoisena lohkona toimii polyeteenioksidi ja veteen x liukenemattomana lohkona oktadekenyylimeripihkahappo. Tällaisessa lohko-
CL
kopolymeerissa hydrofiilisten lohkojen ja hydrofobisten lohkojen välinen suhde voi olla oj 30 sama kuin yllä. Sopivimmin se on 15:1.. .2:1. Kun hydrofiilisten lohkojen osuus on yli 85 o mooli-%, niin polymeeri on ainakin oleellisesti vesiliukoinen ja se voidaan applikoida
CM
vesifaasissa ilman liuottimien käyttöä. Painokeskimääräinen moolimassa näillä polymeereillä voi olla samaa luokkaa kuin yllä, tyypillisesti kuitenkin noin 1.000 -250.000 g/mooli, etenkin noin 3.000 - 30.000 g/mooli.
7
Keksinnössä käytettävien amfifiilisten lohkokopolymeerien avulla paperin pintaa ei tarvitse kitata umpeen, kuten perinteisessä päällystystekniikassa, vaan polymeerit levitetään tasaisesti kuitujen pinnalle, jolloin ne ainakin osittain estävät painovärien 5 tunkeutumisen paperiin. Paperin pinnassa polymeerit kykenevät muodostamaan yhtenäisen tai osittain yhtenäisen kerroksen.
Amfifiilinen polymeeri levitetään substraatin pinnalle telapinnoituksella, verhopinnoi-tuksella tai spray-pinnoituksella tai jollain muulla vastaavalla tavalla, tyypillisesti 10 vesiemulsiona, vesidispersiona tai -liuoksena, kuten yllä mainittiin.
Esimerkki amfifiilisistä polymeereistä muodostettavan polymeerikerroksen peittävyydestä on esitetty kuvioiden 4a ja 4b SEM-kuvissa. Voidaan todeta, että polymeerin määrä paperin pinnalla on hyvin pieni eikä se kittaa paperin pintaa umpeen. Tyypilliset 15 amfifiilisen polymeerin käyttömäärät ovat alle 1 g/m2, mutta yleisesti substraatin pinnalle levitetään noin 0,001 - 10 g/m2, edullisesti noin 0,005 - 5 g/m2, etenkin noin 0,01 - 3 g/m2, amififiilistä lohkokopolymeeriä.
Amfifiilinen polymeeri, joka levitetään substraatin pinnalle muodostaa joko yhtenäisen, 20 ohuen kerroksen, joka tavallisesti on korkeintaan noin 500 nm paksu, tai yksittäisiä, toisistaan ainakin osittain erillisiä pisaroita tai täpliä. Ohut, noin 10 - 500 nm kerros käsittää paksuussuunnassa tyypillisesti vain yhden molekyylin (’’monomolekulaarinen kerros”). Tällainen on aikaansaatavissa käyttämällä vesiliukoista polymeeriä. Dispersion tai emulsion muodossa pinnalle tuotava polymeeri jää puolestaan diskreeteiksi pisteiksi tai o 25 pisaroiksi tai täpliksi pinnan päälle, mutta kalanteroinnin tai vastaavan käsittelyn g yhteydessä ainakin osa näistä täplistä saadaan levitetyiksi ja tasoitetuiksi siten, että ne LO muodostavat yhtenäisen kerroksen.
X
CC
CL
Keksinnön mukaisesti käsitelty paperi tai kartonki sopii erinomaisesti painoalustaksi. Tämä c\i 30 käy ilmi kuviossa 5 esitetystä esimerkistä: kun vesiliukoista väriä levitettiin päällystetylle o ja päällystämättömälle alueelle, väri absorboitui huomattavasti heikommin päällystetylle
C\J
alueelle, jolloin väri ei levinnyt laajemmalle. Absorbointi on toki riittävä takaamaan värin pinnassa pysymisen.
8
Erilaisten testinesteiden kontaktikulmien perusteella laskettiin amfifiilisella lohko-kopolymeerillä päällystetylle ja päällystämättömälle hienopaperille pintaenergian polaarinen ja dispersiivinen komponentti sekä kokonaispintaenergia. Tulokset on esitetty graafisesti kuviossa 6. Havaittiin, että paperin kokonaispintaenergiaa voidaan laskea 5 tehokkaasti amfifiilisen polymeerin avulla.
Keksinnön mukaisesti voidaan modifioida mitä tahansa kuitusubstraattia. Etenkin kuitumateriaali on paperi, kartonki, selluloosalevy, kierrätyskuidusta tehty paperi, kartonki tai massa, kangas, luonnonkuitumassa tai synteettisistä kuiduista tehty levy tai kangas, 10 kuten kuitukangas, tai kolmiulotteinen kappale edellä mainituista ja siinä voi lisäksi olla muita komponentteja, kuten täyteaineita.
Täyteaineista mainittakoon mineraaliset, kuten kalsiumkarbonaatti ja kaoliini.
Erityisen edullisesti keksintö sopii paperi- ja kartonkiratojen ja -arkkien käsittelyyn, mutta 15 on myös mahdollista modifioida esim. eristysmateriaaleissa käytettäviä puukuituja.
Paperien ja kartonkien kohdalla substraatti on tyypillisesti puupitoinen tai puuvapaa rata, eli ns. pohjapaperi tai pohjakartonki, jonka kuidut ovat selluloosapohjaisia tai lignoselluloosapohjaisia. Tuotteen kuidut voivat olla neitseellisiä kuituja tai 20 kierrätyskuituja. Erityisen edullisesti pohjarata on käsittelemätön, mutta on myös mahdollista modifioda pintaliimattua rataa tai arkkia. Käsittelyn jälkeen saadaan pinta, jolla on pääasiallisesti hydrofobisia ominaisuuksia, koska amfifiilinen polymeeri sitoutuu pääasiallisesti hydrofiilisten lohkojen kautta radan tai arkin selluloosa- tai lignoselluloosa-kuituihin, jolloin hydrofobiset lohkot jäävät vapaiksi, kuten kuviossa 1 on esitetty.
o 25
CvJ
g Edellä esitetyllä tavalla muokattu paperi- tai kartonkirata voidaan edelleen käsitellä LO pintaliimaamalla, päällystämällä tai kalanteroimalla se, aina käyttösovelluksen mukaan, x Keksinnön mukainen käsittely mahdollistaa kuitenkin radan modifioinnin ilman, että pinnalle tehdään mitään muuta käsittelyä kuin mahdollisesti kalanterointi. Niissä
CO
c\j 30 tapauksissa, joissa amfifiilinen polymeeri muodostaa tähtimäisiä rakenteita substraatin
LO
o pintaan (ks. kuvio la), esim. silloin, kun polymeeri on saatettu kosketuksiin subtraatin
CVJ
kanssa dispersion muodossa, pintaa voidaan näet sopivasti muokata kalanteroimalla, jolloin tähtimäiset rakenteet litistyvät ja jättävät hydrofobisen hännän vapaaksi substraatin pintaan.
9
Kalanterointi voidaan tehdä online-kalanterointia tai offline-kalanterointia esim. käyttämällä online-soft-kalanteria tai offline-superkalanteria.
Käsiteltävän paperin tai kartongin neliömassa voi vaihdella vapaasti, tyypillisesti se on 5 kuitenkin noin 50 - 500 g/m2. Yleensä pohjapaperin neliömassa on papereilla 30 - 300 g/m2, edullisesti 30 - 80 g/m2, kartongeilla 90 - 400 g/m2.
Paperit ja kartongit soveltuvat käytettäviksi painatusalustoina keksinnön mukaisen käsittelyn jälkeen. Etenkin niitä voidaan käyttää graafisina papereina, hienopapereina ja 10 inkjet-painatukseen.soveltuvina papereina.
Seuraavat ei-rajoittavat sovellutusesimerkit kuvaavat keksintöä. Huomautettakoon, että alla kuvatuissa esimerkeissä valmistettujen PEO-OSA-kopolymeerien moolimassat olivat yleensä noin 3.000 - 10.000 g/mooli. Polymeerien valmistuksessa käytettiin hydrofobisen 15 komponentin ylimäärää, joka oli 1,5-...100-kertainen, tyypillisesti noin 5-... 50-kertainen suhteessa hydrofiilisen komponentin määrään. Valmiissa kopolymeerissa hydrofiilisten lohkojen osuus on, kuten yllä todettiin, yleensä suurempi kuin hydrofobisten lohkojen.
Esimerkki 1 20 PEO-b-OSA-kopolymeerin valmistus
Polyeteenioksidi (20 g; 2 mmol) ja n-oktadekenyylimeripihkahappoanhydridi (5,3 g; 15,1 mmol) asetetaan laboratoriopulloon, johon johdetaan typpivirta. Seosta kuumennetaan 130
CVI
o 25 °C:ssa 6 h. Tuoteseos liuotetaan veteen ja uutetaan neljä kertaa vastaavalla tilavuudella cb dikloorimetaania. Dikloorimetaanifaasi kerätään talteen ja liuotin poistetaan alipaineen i LO avulla rotavaporissa. Tuotepolymeeri eristetään liuottamalla haihdutusj äännös uudelleen x dikloorimetaaniin ja saostamalla dietyylieetterillä. Tuote erotetaan liuoksesta
CL
suodattamalla. Lopuksi tuote kuivataan vakuumissa huoneenlämpötilassa 8 h.
00 m c\j 30
LO
o o
CVJ
10
Esimerkki 2 PEO-b-OSA-kopolymeerin valmistus
Polyeteenioksidi (20 g; 3,33 mmol) ja n-oktadekenyylimeripihkahappoanhydridi (3,5 g; 5 9,98 mmol) asetetaan laboratoriopulloon, johon johdetaan typpivirta. Seosta kuumennetaan 130 °C:ssa 6 h. Tuoteseos liuotetaan veteen ja uutetaan neljä kertaa vastaavalla tilavuudella dikloorimetaania. Dikloorimetaanifaasi kerätään talteen ja liuotin poistetaan alipaineen avulla rotavaporissa. Tuotepolymeeri eristetään liuottamalla haihdutusjäännös uudelleen dikloorimetaaniin ja saostamalla dietyylieetterillä. Tuote erotetaan liuoksesta 10 suodattamalla. Lopuksi tuote kuivataan vakuumissa huoneenlämpötilassa 8 h.
Esimerkki 3 PEO-b-OSA-kopolymeerin valmistus 15 Polyeteenioksidi (20 g; 5 mmol) ja n-oktadekenyylimeiipihkahappoanhydridi (7,9 g; 22,54 mmol) asetetaan laboratoriopulloon, johon johdetaan typpivirta. Seosta kuumennetaan 130 °C:ssa 6 h. Tuoteseos liuotetaan veteen ja uutetaan neljä kertaa vastaavalla tilavuudella dikloorimetaania. Dikloorimetaanifaasi kerätään talteen ja liuotin poistetaan alipaineen avulla rotavaporissa. Tuotepolymeeri eristetään liuottamalla haihdutusj äännös uudelleen 20 dikloorimetaaniin ja saostamalla dietyylieetterillä. Tuote erotetaan liuoksesta suodattamalla. Lopuksi tuote kuivataan vakuumissa huoneenlämpötilassa 8 h.
Esimerkki 4 PEO-b-OSA-kopolymeerin valmistus δ 25 c\j σ> Polyeteenioksidi (20 g; 10 mmol) ja n-oktadekenyylimeripihkahappoanhydridi (15,7 g; i LO 44,79 mmol) asetetaan laboratoriopulloon, johon johdetaan typpivirta. Seosta x kuumennetaan 130 °C:ssa 6 h. Tuoteseos liuotetaan veteen ja uutetaan neljä kertaa ^ vastaavalla tilavuudella dikloorimetaania. Dikloorimetaanifaasi kerätään talteen ja liuotin cm 30 poistetaan alipaineen avulla rotavaporissa. Tuotepolymeeri eristetään liuottamalla o haihdutusj äännös uudelleen dikloorimetaaniin ja saostamalla dietyylieetterillä. Tuote
CM
erotetaan liuoksesta suodattamalla. Lopuksi tuote kuivataan vakuumissa huoneenlämpötilassa 8 h.
11
Esimerkki 5
Paperin päällystys amfifiilisella lohkokopolymeerillä
Kuivasta amfifiilisesta lohkokopolymeeristä tehdään 1... 5 m-% vesiliuos, emulsio, 5 kolloidinen seos tai dispersio. Päällystettävä arkki punnitaan ennen päällystystä ja 8 h päällystyksen jälkeen. Vesiliuos ruiskutetaan paineilman avulla paperiarkin pinnalle. Päällystemäärä säädetään liuostilavuuden avulla. Kostea arkki siirretään uuniin, jossa sitä kuivataan 120 °C:ssa 5 min. Päällystemäärä arkissa määritetään päällystämättömän ja päällystetyn arkin painojen sekä päällystetyn alueen avulla.
10
Esimerkki 6
Amfifiilisen lohkokopolymeerin vaikutus testinesteiden kosketuskulmiin
Amfifiilisen polymeerin vaikutus erilaisiin testinesteisiin tutkitaan 15 kosketuskulmamittausten avulla. Testinesteinä mittauksessa ovat vesi, glyseroli, trikresyylifosfaatti, formamidi ja metyylijodidi. Taulukossa 1 on esitetty, miten amfifiilinen lohkokopolymeeri vaikuttaa testinesteiden kosketuskulmaan hienopaperin pinnalla, kun paperi päällystetään lohkokopolymeerillä. Havaitaan, että testinesteestä riippumatta kosketuskulma kasvaa polymeerin vaikutuksesta; glyserolilla vaikutus on 20 suurin.
Taulukko 1. Amfifiilisen lohkokopolymeerin vaikutus testinesteiden kosketuskulmaan.
_Vesi Glyseroli Trikresyylifosfaatti Formamidi Metyylijodidi ^ PE06k-0SA 68 84 58 63 43 1- PEO20k-OSA 72 54 27 53 34 ^ Vesikäsitelty hienopaperi 48 18 19 25 28 Käsittelemätön hienopaperi 58 18 17 20 22 cp
LO
C\1
X
£ Esimerkki 7 ^ Amfifiilisella lohkokopolymeerillä päällystetyn A4-arkin inkjet -tulostus
C\J
o 25 o A4-arkki päällystetään 3 % amfifiilisen lohkokopolymeerin vesiliuoksella liuostilavuudella 15 ml. Referenssialueen saavuttamiseksi arkin yläreuna peitetään A6-kokoisella arkilla ennen päällystystä. Arkille tulostetaan inkjet -tulostimella Times New Roman- 12 kirjasimella kirjasinkoolla 12 teksti ’’Tämä on inkjet-painatuskoe amfifiilisellä lohkokopolymeerillä päällystetylle arkille” joka kolmannelle riville rivivälin ollessa 1,0. Päällystetyn ja päällystämättömän alueen tulostusjälkeä vertaamalla nähdään, että amfifiilisella lohkokopolymeerillä käsitellyllä paperilla inkjet-painomusteen leviäminen on 5 vähäisempää, jolioin kirjaimet ovat terävämpiä ja viivat ohuempia.
c\j δ c\j i O) o m cm
X
cc
CL
co C\l δ o o
CM

Claims (14)

1. Menetelmä kuitumaisesta materiaalista koostuvan substraatin pinnan käsittelemiseksi sen painatettavuusominaisuuksien muokkaamiseksi, jolloin pinta saatetaan kosketuksiin 5 sellaisen amfifiilisen lohkokopolymeerin kanssa, joka koostuu yhdestä tai useammasta hydrofrilisestä polymeerisestä lohkosta ja yhdestä tai useammasta hydrofobisesta polymeerisestä lohkosta, tunnettu siitä, että substraatin pinnalle levitetään noin 0,001 - 10 g/m2 amfifiilistä lohkokopolymeeriä, jonka hydrofiilinen lohko on polyeteenioksidi ja hydrofobinen lohko on n-oktadenenyylimeripihkahapon muodostama lohko. 10
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että substraatin 2 2 pinnalle levitetään noin 0,005 - 5 g/m , etenkin noin 0,01 - 3 g/m , amififiilistä lohkokopolymeeriä.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään amfifiilistä polymeeriä, joka muodoltaan on suoraketjuinen, haarautunut tai tähtimäinen.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että amfifiilisellä polymeerillä muodostetaan substraatin kuituja modifioiva pinnoite. 20
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan itseorganisoitunut nanorakenne puukuidun pinnalle.
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että CM o 25 amfifrilinen polymeeri saatetaan substraatin pintaan vesipohjaisen liuoksen, emulsion, σ> kolloidisen seoksen tai dispersion muodossa. i m CM
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että CL amfifrilinen polymeeri levitetään substraatin pinnalle telapinnoituksella, verho- CO cm 30 pinnoituksella tai spray-pinnoituksella. LO o o CM
8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuitumaisesta materiaalista koostuva substraatti käsittää paperi- tai kartonkiradan.
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että amfifiilisellä polymeerillä käsiteltyä paperi- tai kartonkirataa kalanteroidaan polymeerikäsittelyn jälkeen.
10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että amfifiilisen polymeerin hydrofiilisten ja vastaavasti hydrofobisten lohkojen välinen moolisuhde on noin 25:1... 1:2, edullisesti noin 20:1... 1:1, etenkin noin 15:1...2:1.
11. Tuote, joka käsittää paperi- tai kartonkiradan tai -arkin, tunnettu siitä, että se on 10 valmistettu jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukaisella menetelmällä.
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen tuote, tunnettu siitä, että substraatin pinnalle on levitetty noin 0,01 - 3 g/m2, amififiilistä lohkokopolymeeriä.
13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen tuote, tunnettu siitä, että amfifiilinen lohkokopolymeeri muodostaa tuotteen pinnassa 10 - 500 nm paksuisen kerroksen.
14. Jonkin patenttivaatimuksen 11-13 mukainen tuote, tunnettu siitä, että amfifiilinen lohkokopolymeeri muodostaa tuotteen pinnassa diskreettejä täpliä. 20 CM δ CM O) o m CM X cc CL co CM δ o o CM
FI20051234A 2005-12-01 2005-12-01 Menetelmä paperin tai kartongin painopinnan modifioimiseksi FI123391B (fi)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20051234A FI123391B (fi) 2005-12-01 2005-12-01 Menetelmä paperin tai kartongin painopinnan modifioimiseksi
EP06820076.5A EP1954878B1 (en) 2005-12-01 2006-12-01 Method of modifying the printing surface of paper or cardboard
US12/085,665 US8613830B2 (en) 2005-12-01 2006-12-01 Method of modifying the printing surface of paper or board
PCT/FI2006/000400 WO2007063172A1 (en) 2005-12-01 2006-12-01 Method of modifying the printing surface of paper or cardboard

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20051234 2005-12-01
FI20051234A FI123391B (fi) 2005-12-01 2005-12-01 Menetelmä paperin tai kartongin painopinnan modifioimiseksi

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20051234A0 FI20051234A0 (fi) 2005-12-01
FI20051234A FI20051234A (sv) 2007-06-02
FI123391B true FI123391B (fi) 2013-03-28

Family

ID=35510604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20051234A FI123391B (fi) 2005-12-01 2005-12-01 Menetelmä paperin tai kartongin painopinnan modifioimiseksi

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8613830B2 (fi)
EP (1) EP1954878B1 (fi)
FI (1) FI123391B (fi)
WO (1) WO2007063172A1 (fi)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100311920A1 (en) 2005-08-26 2010-12-09 Cid Centro De Investigacion Y Desarrollo Tecnologico Sa De Cv Using Reactive Block Copolymers as Chain Extenders and Surface Modifiers
US20100311849A1 (en) 2006-08-23 2010-12-09 Cid Centro De Investigacion Y Desarrollo Tecnologico Sa De Cv Using Reactive Block Copolymers as Chain Extenders and Surface Modifiers
GB0702092D0 (en) * 2007-02-02 2007-03-14 Fracture Code Corp Aps Graphic Code Application Apparatus and Method
JP5438713B2 (ja) * 2010-04-29 2014-03-12 三菱樹脂株式会社 積層ポリエスルフィルム
US9308763B2 (en) * 2012-07-09 2016-04-12 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Recording material

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61110550A (ja) 1984-11-02 1986-05-28 三井化学株式会社 ポリプロピレン複合積層成形体
JPS626995A (ja) * 1985-06-28 1987-01-13 ハリマ化成株式会社 製紙用サイズ剤
JPS62124976A (ja) * 1985-11-26 1987-06-06 Canon Inc 被記録材
JP3109960B2 (ja) 1994-07-18 2000-11-20 キヤノン株式会社 記録媒体及びこれを用いた画像形成方法
JP3159899B2 (ja) 1995-08-28 2001-04-23 大日精化工業株式会社 画像記録方法
FR2749328B1 (fr) * 1996-05-31 1998-07-17 Atochem Elf Sa Collage du papier au moyen de dispersions-latex de copolymeres monomeres hydrophobes/polymeres de type styrene- anhydride maleique a faible masse moleculaire
JPH1142849A (ja) 1997-07-29 1999-02-16 Sekisui Chem Co Ltd 被記録材及びその製造方法
GB9827980D0 (en) * 1998-12-19 1999-02-10 Eastman Kodak Co Recording material for inkjet printing
US6596126B1 (en) * 1999-01-25 2003-07-22 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Modified polysaccharides containing aliphatic hydrocarbon moieties
US6896769B2 (en) * 1999-01-25 2005-05-24 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Modified condensation polymers containing azetidinium groups in conjunction with amphiphilic hydrocarbon moieties
US6517678B1 (en) * 2000-01-20 2003-02-11 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Modified polysaccharides containing amphiphillic hydrocarbon moieties
GB9925416D0 (en) * 1999-10-28 1999-12-29 Avecia Ltd Polyester association thickeners
FR2814170B1 (fr) * 2000-09-18 2005-05-27 Rhodia Chimie Sa Nouveau latex a proprietes de surface modifiees par l' ajout d'un copolymere hydrosoluble a caractere amphiphile
US6749721B2 (en) * 2000-12-22 2004-06-15 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Process for incorporating poorly substantive paper modifying agents into a paper sheet via wet end addition
CA2450706C (en) 2001-07-02 2011-03-08 Akzo Nobel N.V. Pigment composition
JP2003076051A (ja) * 2001-08-31 2003-03-14 Fuji Xerox Co Ltd 記録用紙、及びそれを用いた画像記録方法
US20090039543A1 (en) * 2005-05-30 2009-02-12 Basf Aktiengesellschaft Polymer Composition Comprising Polyolefins And Amphiphilic Block Copolymers And Optionally Other Polymers And/Or Fillers And Method For Dying Compositions Of That Type Or Printing Thereon

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007063172A1 (en) 2007-06-07
FI20051234A0 (fi) 2005-12-01
EP1954878A4 (en) 2011-12-07
FI20051234A (sv) 2007-06-02
US20090255641A1 (en) 2009-10-15
EP1954878A1 (en) 2008-08-13
US8613830B2 (en) 2013-12-24
EP1954878B1 (en) 2016-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101802620B1 (ko) 코팅된 포장재료의 제조 방법 및 소수성 화합물에 대한 적어도 하나의 배리어층을 갖는 포장재료
US20190309478A1 (en) Paper substrate having enhanced print density
CA2729276C (en) Recording sheet with improved print density
AU2006223142B2 (en) Compositions containing expandable microspheres and an ionic compound, as well as methods of making and using the same
EP2511419B1 (en) A paper substrate having enhanced print density
JP5632445B2 (ja) 改善されたイメージ耐水堅牢性、表面強度および操作性を有する記録シート
US8465622B2 (en) Paper substrate containing a wetting agent and having improved print mottle
JP5665867B2 (ja) 表面処理された紙
FI123391B (fi) Menetelmä paperin tai kartongin painopinnan modifioimiseksi
FI123482B (fi) Kuitutuote sekä menetelmä paperista tai kartongista koostuvan kuitutuotteen painettavuus-ominaisuuksien modifioimiseksi
US20050282026A1 (en) Porous coating compositions for printing applications
CA2666699C (en) Recording sheet with improved image dry time
CN108025580B (zh) 流平组合物
WO2001055507A1 (en) Base paper, method to produce it and release paper
WO2008096274A2 (en) A printing substrate
Wild et al. A novel coating formulation for silica inkjet layer coatings
WO2022268390A1 (de) Zusammensetzung eines primers, druckmaschine, die verwendung des primers in einer druckmaschine, verfahren zur verarbeitung mindestens eines bedruckstoffes sowie bedruckstoff für mindestens eine verpackung
US20230235512A1 (en) Barrier coating for paper and paperboard
KR20230053587A (ko) 처리된 기재에 대한 이미지의 접착력을 개선시키기 위한 조성물 및 방법
JP2024523213A (ja) 紙および板紙用のバリアコーティング
JPH04219267A (ja) インクジェット用紙の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PC Transfer of assignment of patent

Owner name: AALTO KORKEAKOULUSAEAETIOE

FG Patent granted

Ref document number: 123391

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

MM Patent lapsed