FI67734C - Bestrykning av papper med opak belaeggning - Google Patents

Description

*

I- /4<v KUULUTUSJULKAISU cnniA

W ^oTLÄccmicss^FT 6 7734 ^ ^ (51) K*Jk?flm.CX* D 21 H 1/28 SUOMI—FINLAND (21) Λ*««ιωΜΐηβ»—ρκ«ηοΜβ·ηΐη« 801002 (22) Htk«iA*Hvl—AmBkninpdtf 31 .03.80 ' (23) ΑΜαφβΜ—GlWgtatwiac 31.03.80 (41) TuNuc Jvlktoksi— BMvK otfmmMg ns 1 n fin

Patentti- ja rnkfeterlhallltu· ^________ ta 06.10.80 _ ._ ' . . _, (44) NIhtiwMalpmoB )a toutjulktOnwi pvm. — ,. .. q r

PatanO-och reftetwrrtyralMn ' ’ AmMtm uchfd oeh «Ukrlft*» fwbticarad 31.01.83 (32)(33)(31) *rr*·“r ·»·«««·-Beg·* prior*» 05.04.79

Kanada(CA) 324932 (71) Polysar Limited, Sarnia, Ontario, Kanada(CA) (72) Pierre FranQois Lepoutre, Pointe Claire, Quebec, Kanada(CA) (7*0 Le i tz i nger Oy (5**) Paperin päällystäminen läpikuul tamattomal la pigmentillä -Bestrykning av papper med opak beläggning Tämä keksintö kohdistuu paperin päällystämiseen lateksiperustei-silla päällysteseoksilla. Erityisesti se kohdistuu menetelmään entistä kiiltävämmän ja läpikuultamattomamman päällystetyn paperin saamiseksi sekä tällä menetelmällä päällystettyyn paperiin.

Hyvien painopintojen aikaansaamiseksi on tavallista päällystää paperi vesiperusteisilla seoksilla, jotka on formuloitu tätä tarkoitusta varten. Seokset, joita on käytetty päällysteisiin, sisältävät olennaisesti pääosan mineraalipigmenttiä tai orgaanista pigmenttiä ja pienen osan sideainetta kalvon muodostavan polymeerin lateksin muodossa. Sopiviin pigmentteihin kuuluvat hienojakoinen savi, kalsium-sulfoaluminaatti, joka tunnetaan myöskin kiiltovalkoisena, titaani-, aluminium-, pii- ja sinkkioksidi, kalsiumkarbonaatti sekä korkean pehmenemispisteen omaavien polymeerien hienojakoiset osaset, jotka ovat liukenemattomia sideaineeseen. Sopivia sideainepolymeerejä ovat sellaiset, jotka muodostavat kalvon ympäristön lämpötilassa ja korkeammissa lämpötiloissa. Päällyste levitetään paperin pinnalle pintaustelalla, liukuterällä, ilmapyyhkäisypäällystimellä, harjalla tai muilla tunnetuilla välineillä, minkä jälkeen päällyste kuivataan.

2 67734 Päällystetyn paperin kuivausmenetelmä käsittää tavallisesti paperin kuumentamisen riittävän korkeaan lämpötilaan veden haihduttamiseksi ja polymeeristen sideaineosasten yhteensulautumisen aikaansaamiseksi. Sideainepolymeerin osaset sulautuvat yhteen, kun ne kuivataan polymeerin kalvon alimman muodostuslämpötilan (MFT) yläpuolella. Kuumennus voidaan suorittaa johtamalla päällystetty paperi kuumalla ilmalla kierrätetyn uunin läpi tai koskettamalla sitä kuumennettujen telojen pinnoilla tai molemmilla tavoilla. Myöskin on tunnettua kuivata päällyste lämpötilassa, joka on alle sideaineosasten kalvon alimman muodostus-lämpötilan, näiden osasten yhteensulautumisen välttämiseksi ja sen jälkeen saattaa kuivattu päällyste kuumaan kalanteroimiskäsittelyyn osasten yhteensulautumisen ja kiiltävän pinnan aikaansaamiseksi paperiin. Edellä esitettyjen menetelmien lisäyksityiskohtia käy selville USA-patenttijulkaisuista 3 399 080 ja 3 873 345 sekä julkaisusta TAPPI (Technical Association of the Pulp and Paper Industry) tutkimukset 7, 9, 20, 22, 25, 26, 28 ja 37. Vaikka hyväksyttävän läpikuultamattomuuden ja valkoisuuden omaavia päällysteitä voidaan saada näillä tunnetuilla menetelmillä, on haluttua parantaa päällysteiden näitä ja muita ominaisuuksia. Niinpä esimerkiksi painovärin imukyvyn ja kiillon parannukset ovat myöskin aina päämääränä teollisuudessa.

Nyt on huomattu, että valkoisuuden, läpikuultamattomuuden ja muiden ominaisuuksien parannus voidaan saavuttaa ekvivalenttisella paperi-päällysteen päällystysaineen painolla, joka päällyste sisältää kalvon muodostavan polymeerin lateksia sideaineena ja pigmenttiä, menetelmällä, jonka mukaan levitetään ohut kerros päällystysaineseosta pa-perirainan päälle jollakin tunnetulla laitteella, kuivataan päällyste olosuhteissa, jotka on sovitettu estämään lateksin polymeeriosasten yhteensulautumisen kuivausvaiheen aikana ja saatetaan sitten kuivattu päällyste käsittelyyn, joka on tarkoitettu aikaansaamaan lateksin polymeeriosasten yhteensulautuminen saattamatta päällystettä puristusvoiman alaiseksi. Menetelmän muihin etuihin kuuluvat ekvivalenttisten optisten ominaisuuksien saaminen päällysteen painon ollessa alennettu, mahdollisesti paperin suuremman jäykkyyden saaminen, päällysteen painon ollessa ekvivalenttinen (koska päällyste on kuohkeampi) ja suuremman kalanteroimattoman kiillon saaminen. Suurempi kalanteroima-ton kiilto tarkoittaa sitä, että vähemmän kalanteroimista tarvitaan, kun halutaan lisätä kiiltoa, mikä taas tarkoittaa läpikuultamattomuuden pienempää menetystä kiiltokalanteroitaessa, koska läpikuultamattomuuden 67734 3 menetys kasvaa, kun lisätään kalanteroimisen määrää tai astetta. Lopullisille päällysteille on tunnusomaista myöskin hyvä irtautumiskes-tävyys.

Lateksin sideainepolymeeriosasten yhteensulautuminen voidaan estää kuivausmenetelmän aikana pitämällä lämpötila sideainepoivmeerin alhaisimman kalvonmuodostuslämpötilan (MFT) alapuolella. Kuivausvaiheen päättymisen jälkeen näiden osasten yhteensulautuminen voidaan aikaansaada kuumentamalla päällyste lämpötilassa sideainepolymeerin MFT yläpuolella. Yhteensulautuminen voidaan aikaansaada myöskin muulla tavalla, esimerkiksi käsittelemällä kuivattu päällyste polymeerin liuottimena, kuten bentseenillä styreeni-butadienikopolymeerejä varten tarpeeksi pitkä aika yhteensulautumisen tapahtumiseksi. Keksinnön etujen saavuttamiseksi täytyy välttää puristusvoimien käyttöä, esimerkiksi kalanteroimista, samalla suorittaen yhteensulautumisvaihe. Yhteensulatettaessa polymeeriosaset eivät ainoastaan yhdisty toisiinsa, vaan ne liittyvät myöskin päällysteseoksen muihin komponentteihin ja paperialustaan.

Lateksit, joita voidaan käyttää päällystekoostumuksiin, ovat sellaisia, joiden tiedetään olevan sopivia tätä tarkoitusta varten. Polymeerit voivat olla C4-ClQ-dienien, kuten butadienin, 2-metyylibuta-dienin, petandieni-1,3, 2,3-dimetyylipentadieni-1,3, 2,5-dimetvyli-heksadieni-1,5, norbornadieni, etylideeninorborneeni, disyklopenta-dieni ja näiden yhdisteiden halogeenisubsituoitujen johdannaisten homopolymeerejä. Polymeereinä voivat olla myöski n C4-C10 dienin kopolymeerit yhdessä jokaisen muun tai yhden tai useamman kopolymeroi-tavan monomeerin kanssa, jotka sisältävät CH2 = C> ryhmän. Näiden monomeerien esimerkkejä ovat akryylihappo ja sen esterit, nitriilit ja amidit, kuten metyyliakrylaatti, metyylimetkarylaatti, akryylini triili, metakryylinitriili, akryyliamidi, metyloliakryyliamidi, akroleiini, alfa- ja beta-metyyliakroleiinit, alfa-klooriakryyli-happo, maleiinihappo, maleiinihapon anhydridi, fumariinihappo, itakonihappo, kanelihappo, kanelialdehydi, vinyyliasetaatti, vinyyli-kloridi, vinylideenikloridi, isobuteeni, divinyylibentseeni ja metyy-livinyyliketoni. Polymeereinä voivat olla myöskin muiden kopolymeroi-tavien moromeerien, jotka sisältävät CH2 = Cs ryhmän, eäim. vinyyli-alkoholin homopolymeerit tai kopolymeerit, kopolymeerit, kuten eteeni-vinyyliasetaatti, eteenivinyylikloridi, vinyyli-asetaattimetyylime tak ry laa ttiakryylihappo-styreeni , styreeni-vinyylipyrrolidoni, 67734 etyy liäkrylaatt.i-vinyy lipyrrolidonimetyylimetakry laatti-butyy 1 iakry-laatti-akryylihappo, metyylimetakrylaatti-akryylihappo, metyylimet.. ' , takrylaatti-etyyliakrylaatti-itakonihappo tai mikä tahansa muu polymeeri, joka on tarkoitettu sideaineeksi paperin päällystystarkoi-tuksiin. Haluttaessa kumimaiset polymeerilateksit voidaan sekoittaa pienien määrien kanssa kovia tai hartsimaisiu polymeerien latekseja, joilla polymeereillä on korkfea MFT, kuten polystyreenin, polkyakryy-linitriilin, polymetyylimetakrylaatin, näiden hartsimaisten polymeerien monomeerien kopolymeerien, kuten styreeni-akryvlinitriilihartsien kanssa ja näiden monomeerien hartsimaisten kopolvmeerien yhdessä muiden kopolymeroitavien monomeerien, kuten styreenin ja butadienin kopolymeerien kanssa, joissa styreeniä on yli 70 painoprosenttia polymeeristä. Sopivimpia ovat lateksit, joissa kopolymeer! sisältää noin 0-60 painoprosenttia C^-C^ konjugoitua diolefiinia, 100 - 40 ¥ styreeniä ja 0,1 - 5 % polymeroitavaa tyydyttämätöntä mcnomeeria, jonka rakenteessa on reaktiokykyinen ryhmä, esim. C^-C mono- tai dikarbonihappo niin, että kokonaisprosenttimäärä on ιοβ. Lateksien kiinteäaineiden kokonaismäärän täytyy olla yli 20 painoprosenttia ja tavallisesti noin 50 % tai enemmän ennen sekoittamista.

Pigmentti- ja lateksisideainekomponenttien lisäksi tavallisia ja tunnettuja muita lisäaineita voi kuulua tarvittaessa paperin päällyste-seokseen. Niinpä se voi sisältää pienet määrät dispergoivia aineita, esim. natriumheksametafosfaattia, muita sideaineita, esim. tärkkelyksiä ja proteiineja, viskositeetin säätimiä, esim. polyakrvlaattia, vaahdonestoaineita, pH:n säätöaineita ja muita kalvonmuodostuslatekse-ja jne.

Seuraavat esimerkit havainnollistavat edelleen keksintöä. Näissä esimerkeissä kaikki osat ovat kuivapainoja ellei muuten määritellä.

Valon hajontakertoimet (LSC) määritettiin käyttäen Kubelka-Munk-teo-riaa, heijastumismittauksista, jotka suoritettiin käyttäen aallonpituutta 458 mm, mustan taustan päällä ja tunnetun heijastumissuhteen omaavan taustan päällä. Menetelmää ja korjausta polyesterikalvon heijastumissuhdetta varten ovat selittäneet J. Borch ja P. Lepoutre julkaisussa TAPPI 61 (2) 45 (1978). Valon hajontakertoimet ilmaistaan molemminpuolisen päällystepainon yksikköinä, kuten tavallisesti tehdään paperiteollisuudessa. Mitä korkeampi LSC on, sitä suurempi läpi-kuultamattomuus on tietyllä päällystyspainolla.

5 67734

Valkoisuus on rajattoman paksun päällysteen heijastumissuhde aallonpituudella 458 mm. Sitä ei ole mitattu, mutta se on arvioitu päällysteen valon hajonta- ja absorpt.iokertoimesta - kts. J.V. Robinson, TAPPI 58 (10) 152 (1975) .

Läpikuultamattomuus on määritelty julkaisussa TAPPI Standard Method T425.

Kiilto 75° on määritelty julkaisussa TAPPI Standard Method T480. Esimerkki 1 Päällysteseosta, joka sisälsi 100 osaa mekaanisesti lamelleiksi jaettua savea (alfalevy) ja 20 osaa karboksyloidun kopolymeerin lateksia, 22 osaa butadieniä sekä 76 osaa styreeniä ja jonka MFT on 42°C sekä keskimääräinen osaskoko 150 - 200 nm, levitettiin verkolla käämityllä telalla paperin pinnalle määrässä 20 g neliömetriä kohti. Päällystetty paperi kuivattiin huoneen lämpötilassa, ts. polymeerin lämpötilan MFT alapuolella ja määritettiin päällystetyn paperin läpikuultamattomuus. Osa kuivattua paperia kuumennettiin kuivausuunissa 5 minuuttia 100°C:ssa, ts. polymeerin MFT yläpuolella polymeeriosasten yhteensulautumisen aikaansaamiseksi, kun taas toinen osa paperia johdettiin kiiLlotuskalanterin läpi paineessa 90 kN/m ja lämpötilassa 150°C päällysteen kuivaamiseksi ja yhteensulautumisen aikaansaamiseksi paineen sekä lämmön vaikutuksesta. Arkit olivat kosketuksessa kiillotus-kalanterin kuuman telan kanssa noin 5 sekuntia. Jäähdyttämisen jälkeen määritettiin kuumakäsiteltyjen päällysteiden läpikuultamattomuus. Tulokset on esitetty taulukossa I.

Taulukko I

Laadut LäpikuuItämättomuus Päällystämätön paperi 83,0 Päällystetty paperi - kuivattu alle lämpötilan MFT 92,0

- kuivattu lämpötilan MFT

alapuolella ja sittgn kiillo-tuskalanteroitu 150°C:ssa sekä paineessa 90 kN/m 93,6 - kuivattu alapuolella lämpötilan MFT ja kuumennettu 5 minuuttia kuivausuunissa 100°C:ssa ilman kalanteroimista 95,2 t 6 67734 Nämä tulokset osoittavat, että aikaansaadaan läpikuultamattomuuden huomattava parannus jättämällä pois kalanteroiminen kuumennuskäsit-telyn aikana.

Esimerkki 2

Joukko päällysteitä, jotka sisälsivät 100 osaa mekaanisesti laitelleihin jaettua savea ja 20 osaa esimerkin 1 mukaista lateksia, levitettiin polyesterikalvojen päälle määrässä 30 g kalvopäällysteen neliömetriä kohti ja kuivattiin huoneen lämpötilassa. Sitten kuivat päällysteet kuumennettiin kuivausuunissa lämpötiloissa 45,52 ja 90°C polymeeriosasten yhteensulautumisen aikaansaamiseksi. Valon hajonta-kertoimet mitattiin eri kuumennusjaksojen jälkeen. Tulokset on esitetty taulukossa II, ja ne osoittavat pidentyneen ajan ja kuumennus-vaiheen lämpötilan vaikutuksen.

Taulukko II

Kuumennuslämpötila Kuumennusaika __ min._ LSC (cm2/g)

Kuumentamaton - 1100 45 10 1200 45 20 1350 45 60 1460 45 200 1500 52 2 1470 52 5 1650 52 10 1650 90 2 1670 90 5 1820 90 10 1820

Esimerkki 3

Joukko päällysteseoksia valmistettiin sekoittamalla mekaanisesti la-melleiksi jaettua savea erilaisten määrien kanssa esimerkin 1 mukaista karboksyloitua polymeeri lateksia. Jokainen päällyste levitettiin poly-esterikalvon päälle määrässä 30 g kalvon neliömetriä kohti ja kuivattiin. Yksi päällystekoe-erä kuivattiin huoneen lämpötilassa. Toinen päällystekoe-erä kuivattiin huoneen lämpötilassa ja sen jälkeen kuu- 67734 menuettiin 10 minuuttia kuivausuunissa 90°C:ssa, kun taas jokaisen päällysteen kolmas koe-erä kuivattiin sijoittamalla kuumennus levyn päälle, jonka lämpötila pidettiin 90°C:ssa. Sitten tehtiin jokaisen päällysteen valkoisuuden, LSC:n ja 75° kiiItomääritykset· Tulokset on esitetty taulukossa III, ja ne osoittavat vaihtelevan savi/poly-meerisuhteen vaikutuksen. Ne ilmaisevat myöskin valkoisuuden, 75° kiillon ja valon hajontakertoimen suuren parannuksen, joka on saatu kuivaamalla polymeerin lämpötilan MFT alapuolella ennen sen saattamista lämpötilan MFT yläpuolelle ilman kalanteroimista, verrattuna tuloksiin, jotka on saatu tavallisella menetelmällä, ts- kuivaamalla päällyste lämpötilassa, joka on polymeerin MFT yläpuolella.

Taulukko III

Osia lateksia Kuivattu huo- Kuivattu 90°C:ssa Kuivauttu huoneen per 100 osaa neen lämpö- kuumennuslevyn lämpötilassa ja sen savea tilassa päällä jälkeen kuumennettu _______ 10 minuuttia 90°C:ssa

Valkoisuus 10 0,810 0,817 0,839 20 0,826 0,781 0,857 30 0,834 0,630 0,864 __75° kiilto____ 0 65 5 72 59 69 10 73 55 72 20 72 34 71 30 73 30 71 40 74 65 __LSC (cm2/q)__ 0 1000 5 1000 1110 1200 10 1000 1100 1400 20 1100 850 1900 30 1200 150 1960 40 1200 1790

Esimerkki 4 Päällysteseos valmistettiin sekoittamalla 20 osaa esimerkin 1 mukaista lateksia 100 osan kanssa laulelleiksi jaettua savea. Seosta levitettiin 8 67734 polyesterikalvon päälle määrässä 30 g kalvon neliömetriä kohti, kuivattiin huoneen lämpötilassa ja mitattiin päällysteen valon hajonta-kerroin aallonpituudella 458 nm- Sen jälkeen päällyste saatettiin bentseenihöyryjen alaiseksi suljetussa säiliössä kahden tunnin ajaksi huoneen lämpötilassa. Säiliöstä poistamisen jälkeen koe-eriä ilmastoitiin yksi viikko huoneen lämpötilassa ja paineessa sekä mitattiin uudelleen päällysteen LSC. Tulokset on esitetty taulukossa IV, ja ne osoittavat LSC:n suurta kasvua, mikä on saatu yhteensulauttamulla polymeeriosaset ilman kalanteroimista saattamalla liuottimen alaiseksi.

Taulukko IV

LSC

(cm^/g)

Kuivattu päällyste - ennen liuotti- meen saattamista 11O0

Kuivattu päällyste - liuottimeen saattamisen jälkeen 1700

Esimerkki 5

Kaksi sarjaa päällysteseoksia valmistettiin kahdesta karboksyloidusta polystyreenilateksista LYTRON 2102 ja 2203 (rekisteröidyt tavaramerkit) lisäämällä laminoiduksi jaetun saven 60-prosenttisen vesidis-persion koe-eriin 5, 10, 20, 30 ja 40 osaa näitä latekseja. Näiden lateksien keskimääräiset osaskoot olivat noin 1.00 - 200 nm, ja jokaisen polymeerin kiillotuslämpötila oli noin 100°C. Päällysteet levitettiin polyesterikalvojen päälle määrässä 30 g kalvon neliömetriä kohti, ja päällystetyt kalvot kuivattiin huoneen lämpötilassa. Sitten mitattiin näiden päällysteiden valon hajontakertoimet.

Sen jälkeen päällysteitä kuumennettiin 5 minuuttia uunissa lämpötilassa 150°C, minkä jälkeen mitattiin uudelleen päällysteiden valon hajon-takertoimet. Tulokset on esitetty taulukossa V, ja siitä ilmenee suuri kasvu läpikuultamattomuudessa, joka on saavutettu yhteensulat-tamalla polymeeriosaset tämän keksinnön mukaisella menetelmällä. Tulokset havainnollistavat myöskin osaskoon vaikutuksen läpikuulta-mattomuuden kasvuun.

9 2 67734

Taulukko V

Valon hajontakerroin - cm /g

Polystyreeniosuudet Kuivattu huoneen läm- Kuivattu huoneen lämpö- per 100 osaa savea pötilassa, mutta ei tilassa ja sitten kuu- kuumennettu mennettu 150°C:ssa 5 __ __ minuuttia_

Osaskoko Osaskoko 100 nm 200 nm 100 nm 200 nm 0 1050 1050 1050 1050 5 950 1080 1360 1400 10 870 1110 1480 1600 20 550 1170 1470 1830 30 500 1240 1360 1960 40 470 1300 1200 I960

Claims (10)

67734 10

1. Menetelmä paperin päällystämiseksi päällysteen läpikuultamatto-muuden ja valkoisuuden lisäämiseksi kohdistamatta päällysteeseen puristusvoimia kalvon muodostavan polymeerin lateksia ja pigmenttiä sisältävällä päällysteseoksella, joka kuivataan olosuhteissa, joissa eivät lateksin polymeeriosaset yhteensulaudu, tunnettu siitä, että kuivatun päällysteen polymeeriosaset saatetaan yhteen-sulautumaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällyste kuivataan polymeerin yhteensulautumislämpötilan alapuolella ja polymeeriosasten yhteensulautuminen aikaansaadaan kuumentamalla kuivattu päällyste lämpötilassa, joka on ainakin yhtä korkea kuin polymeerin alin kalvon muodostumislämpötila.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeriosasten yhteensulautuminen aikaansaadaan saattamalla kuivattu päällyste polymeerin liuottimen vaikutusten alaiseksi.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä tunnet-t u siitä, että kalvon muodostava polymeeri sisältää reaktiokykyisen ryhmän molekyylirakenteessaan.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä tunnet-t u siitä, että kalvon muodostava polymeeri sisältää 0-60 paino-% c4"c6 konjugoidun diolefiinin kopolymerointituotetta, 100 - 40 % styreeniä ja 0,1 - 5 % tyydyttämätöntä C^-Cg mono- tai dikarboni-happoa.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä tunnet-t u siitä, että lateksin polymeeriosat ovat pääosaltaan kumimaista polymeeriä, jolla on alhainen minimikalvonmuodostuslämpötila ja pieneltä osaltaan hartsimaista polymeeriä, jolla on korkeampi kalvon-muodostuslämpötila kuin kumimaisella polymeerillä.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnet- 11 6 77 34 t u siitä, että kalvon muodostavan polymeerin, jonka minimikalvon-muodostuslämpötila on alempi kuin kuivauslämpötila, pieni osuus sisältyy myöskin päällysteeseen.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että pigmenttinä on lamelleihin jakautunut savi.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kannatusalusta on paperia.

10. Päällystetty paperi, tunnettu siitä, että se on valmistettu jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukaisella menetelmällä.