LU83604A1 - Nouvelles compositions de couchage pour materiaux cellulosiques - Google Patents

Description

. * · · .

Afin d'améliorer l'aspect de surface des papiers ou cartons et surtout leurs caractéristiques d'imprimabilité, le fabricant de papier procède fréquemment à l'opération dite de couchage. La technique consiste, au moyen d'un dispositif 5 approprié, à déposer sur l'une ou les deux faces du papier ou carton une couche constituée d'un ou plusieurs pigments et d’un ou plusieurs liants ainsi qu'en moindre quantité, d'un certain nombre de produits auxiliaires.

Parmi les pigments les plus utilisés dans le couchage ,10 du papier, on trouve très loin en tête le kaolin et le carbonate de calcium naturel ou précipité. Viennent ensuite, mais dans des proportions nettement inférieures, le blanc satin (sulfo-alurainate de calcium), le blanc fixe (sulfate de baryum) , ^ l'oxyde de titane, l'hydrate d'alumine, le sulfate de calcium 15 dihydratê , le lithopone..

Le bain de couche çe présente comme une suspension aqueuse, d'une teneur*en matières sèches comprise entre généralement -20 et 60 dans laquelle les pigments représentent 70 k 95 % des matières seches, les liants de 4 à 28 % le reste 20 étant constitué par les produits auxiliaires. * -

Schématiquement on -peut dire que le pigment de la . i couche conditionne plus spécialement les propriétés optiques et d'imprimabilité du papier, le liant servant k assurer l'adhésion des particules de pigment sur. le papier et leur cohésion 25» .entre elles,· tout en ayant une action prépondérante sur la » rhéologie du bain de couche. Il est bien évident que la nature du pigment a des répercussions sur la liaison de la couche avec le support et que le liant agit aussi sur les propriétés d'im-primabilitê des papiers et cartons couchés.

30 On considérait jusqu'à présent qu'il n'était pas pos sible d'incorporer au bain de couche-des zéolithes en raison de l'épaississement qu'elles provoquaient.

• Or il a été trouvé contre toute attente, dans les services de la demanderesse, que cet inconvénient ne se mani- n m· ^ _ _ _____ _ . « # · . · I* I · 2 . La présente invention a donc pour objet l'utilisa tion, pour la préparation des compositions de couchage, des zéolithes de formule générale :

Na20 , A1203 , 2 Si02 , * (I) * 5 dans laquelle x peut varier de 1 à 8, plus particulièrement de . 4 à 5.

Ces zéolithes utilisables comme pigments de couchage peuvent Être incorporées au bain de couche en forte proportion (par exemple, jusqu’à, loo % du pigment) sans provoquer de per-10 turbation rhéologique. Leur présence entraîne une amélioration de certaines propriétés importantes des papiers et cartons couchés.

Les exemples suivants donnés à titre non limitatif illustrent les avantages.apportés par ces pigments.

15 ' EXEMPLE 1 .. On utilise un silico-aluminate de sodium de formule • · (I) contenant 20 % d'eau et dont les caractéristiques moyennes •s’établissent comme suit : .....

. , ; Surface spécifique 900 - 1100 m2/g 20 · · Granulométrie moyenne 2 à 4 μ . · Blancheur (ELREPHO) 95 minimum • Indice de réfraction 1,5 à 1,55 • Densité 1,9 à 2,1 g/cm3 • Perte au feu à 800°C 19 à 21 % 25 . Les particules sont de forme légèrement.cubique.

On prépare la dispersion aqueuse suivante ï , Zêolithe X 65 parties en sec . Eau t 35 parties '· Hexamétaphosphate de Na s 0,25 % en sec/zéolithe '30 · Polyacrylate de Na ; 0,20 % en sec/zéolithe

La dispersion dans l’eau se fait sous vigoureuse agitation comme pour tout autre pigment traditionnel. On m , / 3 obtient une suspension aqueuse à 65 % de M.S. environ et de viscosité 116 cps mesurée au viscosimètre BROOKFIELD à 50 t/mn.

EXEMPLE 2

La zéolithe définie à l’exemple 1 est incorporée 5 dans un bain de couche destinée à enduire un papier devant recevoir une impression offset. Un bain de référence ne contenant que du kaolin est préparé simultanément. Dans les bains suivants, on a substitué à 10, 20 et 30 parties de kaolin 1*équivalent de zéolithe.’ 10 Formule du bain de couche - Pigment (kaolin anglais et zéolithe) : ICO parties - Dispersant hexamétaphosphate de Na : 0,25 partie polyacrylate de Na t 0,2 partie ·· Amidon oxydé · s 5 parties en sec 15 - Latex styrène-butadiène carboxylique : 8 parties en sec • Résine mélanine formol t 0,8 parties en l’état - Matières sèches ; 62 % - L’amidon est éclaté dans l’eau à 95°C à 35 % de matières sèches.

20 a) Viscosité dos bains ·*

Les viscosités des quatre bains préparés ont donné lès résultats suivants : TABLEAU 1 VISCOSITE BROOKFIELD A 50 t/mn (cps) 25 Quantité Durée du stockage kaolin/zéolithe __O_ 2 H - 100/ O 1160 1280 90/10 1000 960 30 80/20 580 540 / 70/30 860 840 » / m 4 4 · «

La présence de zêolithe a donc nettement tendance à faire baisser la viscosité du bain de couche. C'est un avantage non négligeable car cela peut se traduire par la possibilité d'augmenter la teneur en matières sèches des bains 5 tout en conservant des viscosités acceotables.

a b) Propriétés des papiers couchés

Les bains ont été appliqués à l'aide d'une baguette filetée sur un papier support de type AFNOR VII (100 % de pâte chimique blanchie). Les papiers couchés ont été séchés à l'air 10 puis conditionnés 24 heures à 23°C et 50 $3 d'humidité relative. Us ont ensuite été calandrés sur une super calandre à 4 pincements, à 80°C et sous une pression de 140 kg/cm linéaire. Les papiers ont ensuite été remis en salle conditionnée.

1 - Blancheur et opacité des papiers 15 La blancheur a été mesurée à l'appareil ELREPHO au filtre 8 (bande passante centrée sur 457 nm) $ l'opacité est l'opacité d'impression (fond papier) mesurée au filtre tris-timulus vert,

TABLEAU II

20 KAOlS/^OLIXHB BLANCHEUR «ER OPACITE % . 100/ O 78 94,5 ..

90/10 79,1 ‘ 94,4 80/20 79,2 94,3 25 70/30 79,4 94,1 » « L'augmentation de la teneur -en zêolithe provoque un accroissement de la blancheur. Ce résultat est en accord avec la haute blancheur intrinsèque du pigment. L'opacité est peu /, influencée par la zêolithe.

• « m 5 2 - Brillant

On a mesuré la réflexion spéculaire des papiers, à’45° d'incidence, à l'aide d’un brillancemètre.

TABLEAU III

5 QUANTITE REFLEXION SPECULAIRE

KAOLIN/ZEOLITHE ' A 45° 100/ O 30,2 90/10 23 80/20 18,2 10 70/30 15,4

La présence de zéolithe abaisse très sensiblement la brillance des papiers. Il peut en résulter un précieux avantage pour les papiers couchés mats. En effet, pour obtenir des couchés mats avec .les pigments traditionnels kaolin et 15 dans uiiè moindre mesure CaCo^, il est nécessaire de pratiquer un calandrage très modéré des papiers. Il en résulte un état de surface moins bon des papiers couchés. Avec la zéolithe le • * papier peut donc être soumis à un calandrage vigoureux sans devenir trop brillant.

20 3 - Lissê^ .. . * Mesuré à l’appareil BEKK et exprimé en secondes.

TABLEAU IV ·

QUANTITE LISSE BEKK

KAOLIN/ZEOLITHE t en secondes 25 100/ O · . ' 1500 90/10 930 80/20 1780 70/30 1630 i .··.·. · ' ’ i i 6

La présence de la zéolithe favorise un hsut lissé c’est-à-dire un bon état de surface des papiers. La perte de brillant observée plus haut n’est donc pas le fait d’une perte de lissé, ce qui peut être très favorable dans le cas des 5 papiers couchés mats.

4 - Résistance à l’arrachage sec et humide

La résistance à l’arrachage est mesurée à l’appareil I.G.T. sous une pression de 40 kg/cm^ à l’aide des encres à tirant gradué des Etablissements LORILLEUX.

10 Pour l’arrachage à sec, l’encre 3806 est utilisée * , (chute libre du pendule). Les résultats sont exprimés en mm de longueur de couche non arrachée.

Pour l’arrachage humide (évaluation de la tenue de couche en impression offset) la mesure est à vitesse de chute 15 constante du pendule avec les encres 3801 à 3808. Les résultats sont exprimés selon des chiffres conventionnels ; ils sont d’au.tant meilleurs que le chiffre est plus élevé.

. »

TABLEAU V

Quantité Poids de Résistance à l’arra- Résistance à l’arra- 20 Kaolin/ couche ENCRE chage â sec chage humide zéolithe g/m2 Longueur non arrachée en ran . Valeur

Encres d'arrachage i - i * 100 /0 16,2 60 3801 · 10 ‘ 25 90/10 15,6 87 11,6 3806 à ! 80/20 13,8 143 11,7 70/30 15,6 156 3808 11,9 h . .· . , / t 7

La résistance des'papiers à l'arrachage à sec et humide augmente avec la quantité de zeolithe dans le bain de couche. Autrement dit, la demande en liant de la zeolithe est sensiblement inférieure à celle du kaolin, c'est-à-dire que 5 dans une couche contenant de la zeolithe, pour obtenir une résistance à l'arrachage déterminée il faudra moins de liant que pour une couche semblable ne contenant que du kaolin. Il • en résulte un avantage économique évident.

5 - Test porométrique IP II donne une indication globale de la perméabilité à l'encre des papiers. Les papiers couchés sont mis en contact avec l'encre porométrique pendant des intervalles de temps croissants. On mesure, à l'appareil ELREPHO, la réflectance résiduaire des taches d'encre sur le papier. Les résultats 15 sont exprimés en % de perte de blancheur.

TABLEAU VI

QUANTITE PERTE DE BLANCHEUR ELREPHO % KAOLIN/ZEOLITHE Temps de contact encre - papier 10 s 30 s . 90 s 300 s 20 . 100/. 0 28,6 32,2 38,5 51,0 * . 90/10 29,0 31,1 38,7 49,2 80/20 30,2 33,5 40,2 50,5 70/30 31,6 34,2 40,8 59,9 —»«MM· - \ -_____

La porosité globale de la couche augmente légèrement 25 avec la quantité de zeolithe.

• ·.** 6 - Impression à la molette tramée . - / Réalisé sur l'appareil I.G.T. ce test, qui donne une . ♦ .· m \ m 4 ; * * .

8 apparaître aucune différence significative entre les papiers. Il confirme que la diminution du brillant au calandrage n’est pas due à un état de surface inférieur des papiers contenant la zéolithe.

i 5 EXEMPLE 3

Bain de couche pour papier destiné à être imprimé en héliogravure et contenant*un liant synthétique comme seul adhésif.

- Pigment (kaolin anglais et zéolithe s 100 parties 10 de 1*exemple 1) ' - Dispersant ; hexamétaphosphate de Na : 0,25 ” polyacrylate de Na s 0,20 ” - Latex acrylique *8 parties en sec - Stéarate d’ammonium -fl partie en sec 15 - Carboxyméthyl cellulose t 2 parties en sec - NaOH 400 g/1 q.s.p. pH 9 - M.S. 62 % a) Viscosité des bains : mesurée au viscosimètre. BROOKFIELD à 50 t/mn

20 TABLEAU VII

; QUANTITE DUREE DU STOCKAGE

KAOLIN/ZEOLITKE Q H 5 H

100/ O 1360 1040 -- 25 90/10 1120 980 80/20 970 790 70/30 880 710

La présence de zéolithe fluidifie le bain d’où la / possibilité d’augmenter les matières sèches des dispersions.

m ‘ .

♦ · « « , 9 # b) Propriétés des papiers couchés

Les formules de couche précédentes sont appliquées sur une coucheuse expérimentale à l'aide du dispositif dit à lame trainante, dans les conditions suivantes : 5 · Lame trainante â réservoir . p

Pression de la lame 4,2 kg/cm (

Température de .séchage 75°C

Vitesse machine 40 m/mn

Support AFNOR VII de 70 g/m^ 10 Poids de couche déposée 11 g/m^

Les papiers couchés sont conditionnés et calandrés comme dans 1 * exemple II.

On trouvera rassemblé dans le tableau VIII un certain nombre de caractéristiques mesurées sur les papiers couchés.

15 ' TABLEAU VIII

QUANTITE ‘ B R IL- LISSE RESIST.λ L‘ARRACHAGE A

KAOLIN/ BLANCHEUR LANCE BEKK SEC IGTïmm de long non ZEOLITHE A 45° EN s arrachée - encre 3802 . 100/ 0 82 31 1100 91 20 90/10 82,6 27 1190 115 90/20 83,2 25 1270 150 70/30 83,8 20 1340 170

On observe les mêmes tendances que dans 1*exemple 2. La blancheur s’accroît avec la teneur en zéolithé, la brillance 25 décroît,.le lissé, c'est-à-dire l'état de surface, s'améliore et la résistance à l'arrachage' augmente.

110 .

.La zéolithe s*avère donc particulièrement adaptée pour obtenir des couches de haute blancheur, de brillance modérée ou mate après calandrage, présentant néanmoins un état de surface remarquable, tout en réduisant au minimum le taux 5 d'adhésif à mettre en oeuvre ce qui rend son emploi particulièrement intéressant. ^ EXEMPLE 4

La comparaison est effectuée dans une formule de couche contenant de la caséine comme liant naturel. Il s'agit 10 d'une formule de couche pour impression offset ou typographique.

Formule du bain de couche • Pigment (kaolin anglais et zéolithe : 100 parties en sec de l'exemple 1) - Dispersant î hexamétaphosphate de Na : 0,25 partie, en sec 15 polyacrylate de Na t 0,2 partie en sec - Caséine * t 6 parties en sec - Latex butadiène styrène s 10 parties en sec - Stéarate de calcium S 1 · partie en sec - Antimoùsse . * 0,5 partie en l'état 20 - Matières sèches t 40 %

La caséine est solubilisée à l'aide de soude et d'ammoniaque. Comme à l'exemple 3, 10, 20 et 30 parties de . .kaolin ont été remplacées par la zéolithe définie à l'exemple 1.

Les bains sont couchés'à l'aide d'une machine expéri-. 25 mentale, sur un support AFNOR VII de 70 g/m^, au moyen du procédé dit à lame d'air. Compte tenu de la faible viscosité de ces bains (80 cps au viscosimètre BROOKFIELD) l'influence de la zéolithe est peu importante à ce bas niveau de viscosité. Les autres propriétés des papiers couchés évoluent sensiblement 30 de la même façon, en fonction du taux de zéolithe, qu'aux exemples 2 et 3. Ainsi on note une différence de blancheur de 1,7 points entre le bain tout kaolin et le bain à 30 parties de zéolithe (83,2 contre 85). La résistance à l'arrachage à sec est / Ψ 11 Λ Tl T f Λ1Λ T** Λ 4· ·ΐ w· ·% v\ 4· ^ J. « Λ Ο Ο —v y-»* * ··* T A T—V ^ «a M 4· m -¾ Λ I T ΪΊ

Claims (3)

11

1. Procédé pour la ^réparation de compositions de couchage pour matériaux à base de fibres cellulosiques d*une teneur en matières sèches égsls ou supérieure à 40 caractérisé 5 en ce qu*on utilise ιιτε dispersion aqueuse d*une zéolithe de formule générale s Na20, A1203> 2 =i02, x H20 dans laquelle x peut varier de 1 à 8* plus particulièrement -de 4 à 5, ayant une dis«nsion particulaire inférieure à 5·μ, 10 avec un dispersant.· * ·

2. Procédé tel que rsiendiqué sous 1. dans lequel la zéolithe.représente ju^u'à 100 % de la totalité des pigments. et ·

3. Les dispersions tilles que définies sojus 1; « '