NL8001937A

NL8001937A - Werkwijze voor het bekleden van papier.

Info

Publication number: NL8001937A
Application number: NL8001937A
Authority: NL
Original assignee: Pierre Francois Lepoutre
Priority date: 1979-04-05
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1980-10-07
Also published as: ATA176780A; FI67734C; GB2045645A; FR2453236B1; NO160286B; CA1112959A; SE448752B; YU42210B; NO160286C; FR2453236A1; AT379418B; FI801002A; NO800867L; GB2045645B; FI67734B; DE3012691C2; US4328284A; DE3012691A1; IT8067538A0; SE8002495L

Description

Werkwijze voor het bekleden van papier.

Achtergrond van de uitvinding.

De uitvinding heeft betrekking op het bekleden van papier niet materialen op latex basis. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het verkrijgen 5 van een helderder en meer ondoorzichtig bekleed papier en op het op deze wijze, beklede papier.

Voor het verschaffen van goede drukoppervlakken is het normaal papier te bekleden met materialen op water basis, die voor dit doel zijn samengesteld. Tot de materialen, die zijn 10 toegepast, behoren bekledingen, die voor het grootste gedeelte bestonden uit een mineraal of organisch pigment en voor een klein gedeelte uit een bindmiddel in de vorm van een latex van een film-vormend polymeer. Geschikte pigmenten omvatten fijnverdeelde klei, calciumsulfoaluminaat ook bekend als satijn-wit, oxyden van titaan, 15 aluminium, silicium en zink, calciumcarbonaat en deeltjes met micron-gzootte van polymeren met hoog verwekingspunt, die onoplosbaar zijn in het bindmiddel. Geschikte bindmiddelpolymeren waren die, welke bij omgevingstemperatuur en hogere temperaturen filmvor-mend zijn. De bekleding wordt over het papieroppervlak uitgespreid 20 door een rolbekleder, sleepblad, luchtmes, borstel of ander bekend orgaan, waarna de bekleding wordt gedroogd.

De methode voor het drogen van het beklede papier omvatte in het algemeen verhitten van het papier tot een voldoend hoge temperatuur voor verdampen van het water en coalesceren van de 25 polymere bindmiddeldeeltjes tot .stand te brengen. De deeltjes van het bindmiddelpolymeer zullen coalesceren, wanneer ze gedroogd worden boven de minimum filmvormingstemperatuur (MFT) van het polymeer. Het verhitten kan plaatshebben door het beklede papier te voeren door een hete lucht circulatie-oven of door het papier in 8001937 t m 2 contact te brengen met de oppervlakken van verhitte rollen of beide. Het is ook bekend de bekleding te drogen bij een temperatuur beneden de minimum filmvormingstemperatuur van de bindmiddeldeeltjes voor vermijden van coalesceren van deze deeltjes en vervolgens onderwer-5 pen van de gedroogde bekleding aan een hete kalanderbehandeling voor het tot stand brengen van coalesceren van de deeltjes en vormen van een glanzend oppervlak op het papier. Voor meer details betreffende de hiervoor beschreven werkwijzen wordt verwezen naar de Amerikaanse octrooischriften 3.399.080 en 3.873.345 en TAPPI 10 (Technical Association of the Pulp and Paper Industry) Monographs 7, 9, 20, 22, 25, 26, 28 en 37. Hoewel met deze bekende werkwijzen bekledingen met een aanvaardbare ondoorzichtigheid en helderheid verkregen kunnen worden, zijn bekledingen gewenst, waarin deze en andere eigenschappen verbeterd zijn. Bijvoorbeeld zijn een verbete-15 ring van het inktopnamevermogen en de glans een steeds aanwezig doel in de industrie.

Samenvatting van de uitvinding.

Gevonden werd nu, dat verbetering van de helder-20 heid, ondoorzichtigheid en andere eigenschappen verkregen kunnen worden bij equivalent bekledlngsgewicht in een papierbekleding, die een latex van een filmvormend polymeer als het bindmiddel en een pigment bevat, door een werkwijze, die omvat uitspreiden van een dunne laag van het bekledingsmateriaal over een vlies van papier 25 volgens één van de bekende methoden, drogen van de bekleding onder omstandigheden voor verhinderen van coalesceren van de polymeer-deeltjes van de latex tijdens de droogtrap en vervolgens onderwerpen van de gedroogde bekleding aan een behandeling voor coalesceren van de polymeerdeeltjes van de latex zonder de bekleding te onder-30 werpen aan een samendrukkende kracht. Andere voordelen van de werkwijze omvatten het verkrijgen van equivalente optische eigenschappen bij een lager bekledlngsgewicht, mogelijk een hogere papierstijfheid bij equivalent bekledingsgewicht (daar de bekleding meer volumineus is) en hogere ongekalanderde glans. Hogere ongekalanderde glans 35 betekent dat minder kalanderen vereist is, wanneer een grotere glans 8001937 3 gewenst wordt, wat weer betekent minder verlies in ondoorzichtigheid bij glanskalanderen, daar verlies in ondoorzichtigheid toeneemt wanneer de hoeveelheid of mate van kalanderen stijgt. De eind-bekledingen zijn ook gekenmerkt door een goede prikweerstand.

5

Gedetailleerde beschrijving.

Coalesceren van de bindmiddel polymeerdeeltjes van de latex kan tijdens het droogproces worden verhinderd door handhaven van de temperatuur beneden de minimum filmvormingstempe-10 ratuur (dat wil zeggen MFT) van het bindmiddelpolymeer. Nadat de droogtrap voltooid is, kan het coalesceren van deze deeltjes tot stand gebracht worden door verhitten van de bekleding op een temperatuur boven de MFT van het bindmiddelpolymeer. coalesceren kan ook geïnduceerd worden door andere middelen, bijvoorbeeld door behande-15 len van de gedroogde bekleding met een oplosmiddel voor het polymeer, bijvoorbeeld benzeen voor styreen-butadieen copolymeren, gedurende een tijd die voldoende is om coalesceren te doen plaatshebben. Voor verkrijgen van de voordelen van de uitvinding moet het toepassen van samendrukkende krachten, bijvoorbeeld kalanderen, 20 vermeden worden tijdens de coalesceertrap. Bij het coalesceren zullen de polymeerdeeltjes niet alleen samensmelten, maar ook binden met de andere componenten in het bekledingsmateriaal en met het papiersubstraat.

De latices, die toegepast kunnen worden voor 25 bereiden van de bekledingsmaterialen, zijn die, waarvan bekend is dat ze geschikt zijn voor dit doel. De polymeren kunnen homopoly-meren zijn van C^-C^ dienen, bijvoorbeeld butadieen, 2-methylbuta-dieen, pentadieen-1,3, 2,3-dimethylpentadieen-l,3, 2,5-dimethylhexa-dieen-1,5, norbornadieen, ethylideennorbomeen, dicyclopentadieen 30 en halogeen-gesubstitueerde derivaten van deze verbindingen. De · polymeren kunnen ook copolymeren zijn van de C^-C^g diénen met elk ander of met één of meer copolymeriseerbare monomeren, die een CH^ = C groep bevatten. Voorbeelden van deze monomeren zijn acrylzuur en de esters, nitrillen en araiden daarvan, zoals methyl-35 acrylaat, methylmethacrylaat, acrylonitrile, methacrylonitrile, 8001937 * 4 acrylamide» methylolacrylamide, acrolelne, a- en β-methylacroleinen, a-chlooracrylzuur, maleinezuur, maleinezuuranhydride, fumaarzuur, itaconzuur, kameelzuur, kaneelzuuraldehyde, vinylacetaat, vinyl-chloride» vinylideenchloride, isobutyleen, divinylbenzeen en methyl-5 vinylketon. De polymeren kunnen ook homopolymeren of copolymeren van andere copolymeriseerbare monomeren zijn, die de CH^ - C groep bevatten, bijvoorbeeld vinylalcohol, copolymeren als ethyleen-vinylacetaat, ethyleen-vinylchloride, vinylacetaat-methylmethacrylaat-acrylzuur-styreen, styreen-vinylpyrrolidon, ethylacrylaat-vinylpyr-10 rolidon, methylmethacrylaat-butylacrylaat-acrylzuur, methylmethacry-laat-ethylacrylaat-itaconzuur of één van de andere polymeren, die zijn voorgesteld als bindmiddel voor papierbekledingstoepassingen. Desgewenst kunnen rubber-achtige polymeerlatices gemengd worden met kleine hoeveelheden latices van harde of harsachtige polymeren met 15 een hoge MFT, bijvoorbeeld styreen, polyacrylonitrile, polymethyl-methacrylaat, copolymeren van de monomeren van deze harsachtige polymeren, zoals styreen-acrylonitrile harsen en harsachtige copolymeren van deze monomeren met amdere copolymeriseerbare monomeren, zoals copolymeren van styreen met butadieen, waarin styreen meer 20 dan 70 gew,% van het polymeer is. De voorkeur wordt gegeven aan latices, waarin het copolymeer bestaat uit ongeveer 0-60 gew.% van een C^-Cg geconjugeerd alkadieen, 100-40 % van een styreen en 0,1-5 % van een polymeriseerbaar onverzadigd monomeer met een functionele groep in zijn structuur, bijvoorbeeld een C^-Cg mono- of dicarbon-25 zuur, waarbij het totaal van de percentages 100 is. Het totale vaste stof gehalte van de latices moet groter zijn dan 20 gew.% en is normaal ongeveer 50 % of meer, voor het samenstellen.

Naast de pigment en latex bindmiddelcomponenten, kunnen de gebruikelijke en bekende andere toevoegsels naar behoefte 30 worden opgenomen in het papierbekledingsmateriaal. Zo kunnen kleine hoeveelheden dispergeermiddelen, bijvoorbeeld natriumhexamethafos-faat, andere bindmiddelen bijvoorbeeld zetmeel en proteïnen, visco-siteitsmodificatoren, bijvoorbeeld natriumpolyacrylaat, ontschui-mingsmiddelen, pH-modificatoren en andere filmvormende latices, enz., 35 worden opgenomen.

800 1 9 37 5 5

De uitvinding wordt toegelicht in de volgende voorbeelden. In deze voorbeelden zijn alle delen op droge gewichts-basis, tenzij anders is aangegeven.

De licht-verstrooiingscoëfficiënten (LSC) werden 5 berekend onder toepassing van de Kubelka-Munk theorie, uit reflec-tiemetingen, uitgevoerd bij een golflengte van 458 nm over een zwarte achtergrond en over een achtergrond met bekende reflectie.

Een beschrijving van de methode en de correctie voor de reflectie van de polyesterfilm wordt gevonden in J. Borch and P. Lepoutre, 10 TAPPI 61 (2) 45 (1978). De lichtverstrooiingscoëfficiënten worden uitgedrukt in eenheden reciproke bekledingsgewicht, wat gebruikelijk is in de papierhandel* Hoe hoger de LSC, des te hoger is de ondoorzichtigheid bij een bepaald bekledingsgewicht.

Helderheid is de reflectie van een oneindig 15 dichte bekleding bij een golflengte van 458 nm. Ze wordt niet gemeten, maar berekend uit de lichtverstrooiing en lichtabsorptie-coëfficiënt van de bekleding: zie J.V. Robinson, TAPPI 58 (10) 152 (1975).

Ondoorzichtigheid wordt bepaald volgens de TAPPI 20 Standard Methode T425. ' 1 75° Glans wordt bepaald volgens de TAPPI Standard

Method T480. voorbeeld I

25 Een bekledingsmateriaal, dat bestond uit 100 dln.

mechanisch gedelamineerde klei (alphaplate) en 20 dln. van een latex van een gecarboxyleerd copolymeer van 22 dln. butadieen en 76 dln. styreen met een MFT van 42° C en een gemiddelde deeltjesgrootte in het traject van 150 nm - 200 nm, werd uitgespreid door middel van 30 een met draad omwonden staaf over het oppervlak van papier in een hoeveelheid van 20 g/m^ papier. Het beklede papier werd bij kamertemperatuur gedroogd, dat wil zeggen beneden het MFT van het polymeer en de ondoorzichtigheid van het beklede papier werd bepaald.

Een deel van het gedroogde papier werd in een oven 5 min. op 100 C 35 verhit, dat wil zeggen boven het MFT van het polymeer, om de poly- 8001937 * 6 * meerdeeltjes te doen coalesceren, terwijl een ander deel door een glanskalander werd gevoerd bij een druk van 90 kN/m en een temperatuur van 150° C voor drogen van de bekleding en doen coalesceren door druk en warmte. De vellen waren in contact met de hete rol van 5 de glanskalander gedurende ongeveer 5 sec. Na koelen werden de ondoorzichtigheden bepaald op de warmte-behandelde bekledingen.

De resultaten zijn vermeld in tabel A,

TABEL A

Condities Ondoorzichtigheid 10 Niet-bekleed papier 83,0

Bekleed papier - gedroogd beneden de MPT 92,0 - gedroogd beneden de MFT, vervolgens glans-gekalanderd bij 150° C en 90 kN/m 93,6 - gedroogd beneden MFT en 5 min. verhit 15 in oven bij 100° C zonder kalanderen 95,2 uit deze resultaten blijkt, dat een significante verbetering in ondoorzichtigheid wordt verkregen door vermijden van kalanderen tijdens de warmtebehandeling.

20 Voorbeeld II

Een aantal bekledingen, die bestonden uit 100 dln. mechanisch gedelamineerde klei en 20 dln. van de latex van voorbeeld I, werden uitgespreid over polyesterfilms in een hoeveelheid van 2 30 g bekleding per m film en gedroogd bij kamertemperatuur. De 25 droge bekledingen werden vervolgens in een oven verhit, die wer gehouden op 45, 52 en 90° C, voor doen coalesceren van de polymeer-deeltjes. De lichtverstrooiingscoëfficiënten werden na verschillende verhittingstijden bepaald, De resultaten zijn vermeld in tabel B en tonen het effect van verlengen van de tijd en verhogen van de tempe-30 ratuur van de verhittingstrap.

80 0 1 9 37 7 v

TABEL B

2

Verhittingstemp. Verhittingstijd LSC (ca /g) ° C min.

niet verhit - 1100 5 45 10 1200 45 20 1350 45 60 1460 45 200 1500 52 2 1470 10 52 5 1650 52 10 1650 90 2 1670 90 5 1820 90 10 1820 15 --—--

Voorbeeld III

Een aantal bekledingsmaterialen werd bereid door mengen van mechanisch gedelamineerde klei met verschillende hoeveelheden van de gecarboxy 1eerde polymeerlatex van voorbeeld 1. De 20 bekledingen werden allen uitgespreid over polyesterfilms in een hoe-veelheid van 20 g/m film en gedroogd. Eén monster van elke bekleding werd gedroogd bij kamertemperatuur. Een ander monster van elke bekleding werd gedroogd bij kamertemperatuur en vervolgens 10 min. verhit in een oven op 90° C, terwijl een derde monster van elke 25 bekleding werd gedroogd door dit te plaatsen op een hete plaat, die op 90° c werd gehouden. Helderheid, LSC en 75° glansbepalingen werden vervolgens op alle bekledingen uitgevoerd. De resultaten zijn vermeld in tabel C en tonen het effect van variëren van de klei/polymeerverhouding. Ze tonen ook een grote verbetering in 30 helderheid, 75° glans en lichtverstrooiingscoëfficiënt, verkregen door drogen op beneden de MFT van het polymeer voordat het polymeer wordt onderworpen aan een temperatuur boven zijn MFT zonder kalanderen, vergeleken bij de resultaten verkregen met de gebruikelijke werkwijze, dat wil zeggen door drogen van de bekleding bij een 35 temperatuur, die hoger is dan de MFT van het polymeer.

8001937 r 8 c

TABEL C

Delen latex Gedroogd bij Gedroogd bij Gedroogd bij kamer- per 100 delen karaertempe- 90° c op hete temperatuur. Vervol- klei ratuur plaat gens 10 min. verhit

op 90° C

5 Helderheid 10 0,810 0,817 0,839 20 0,826 0,781 0,857 30 0,834 0,630 0,864 10 40 0,837 0,860 75° Glans 0 65 5 72 59 69 15 10 73 55 72 20 72 34 71 30 73 30 71 40 74 65 LSC (cm2/g) 20 0 1000 5 1000 1110 1200 10 1000 1100 1400 20 1100 850 1900 30 1200 150 1960 25 40 1200 1790

Voorbeeld IV

Een bekledingsmateriaal werd bereid door mengen 30 van 20 dln. van de latex van voorbeeld I met 100 dln. van de gedela-mineerde klei. Het materiaal werd uitgespreid over een polyesterfilm in een hoeveelheid van 30 g/m film, gedroogd bij kamertemperatuur en de lichtverstrooiingscoëfficiënt van de bekleding werd gemeten bij een golflengte van 458 nm. De bekleding werd vervolgens bij 35 kamertemperatuur 2 uren blootgesteld aan benzeendampen in een 8001937 9 '* gesloten houder. Na verwijderen van de houder werden ze 1 week bij kamertemperatuur en druk geconditioneerd, en vervolgens werd de DSC van de bekleding opnieuw gemeten. De resultaten zijn vermeld in tabel D en tonen de sterke toename in de LSC, die wordt verkregen 5 door coalesceren van de polymeerdeeltjes zonder kalanderen door blootstellen aan het oplosmiddel.

TABEL· D

LSC (cm2/g)

Gedroogde bekleding - voor blootstellen aan oplosmiddel 1100 10 Gedroogde bekleding - na blootstellen aan oplosmiddel 1700

Voorbeeld V

Twee groepen bekledingsmaterialen werden bereid uit twee gecarboxyleerde polystyreenlatices - Lytron (geregistreerd 15 handelsmerk) 2102 en 2203, door aan monsters van een 60 %-ige dispersie van gedelamineerde klei in water toe te voegen 5, 10, 20, 30 en 40 dln. van deze latices, De gemiddelde deeltjesgrootten van deze latices waren ongeveer 100 nm en 200 nm en elk polymeer had een glansovergangstemperatuur van ongeveer 100° C. De bekledingen werden 20 uitgespreid over polyesterfilms in hoeveelheden van 30 g/m film en de beklede films werden bij kamertemperatuur gedroogd. Vervolgens werden lichtverstrooiingscoëfficiënten op deze bekledingen bepaald.

De bekledingen werden hierna 5 min. verhit in een oven, die werd gehouden op 150° C, waarna de lichtverstrooiings-25 coëfficiënten van de bekledingen opnieuw werden bepaald. De resultaten zijn vermeld in tabel E en tonen de grote toename in ondoorzichtigheid, die wordt verkregen door coalesceren van de polymeerdeeltjes door de werkwijze volgens de uitvinding. 2e illustreren ook het effect van de deeltjesgrootte op de vergroting van de ondoor-30 zichtigheid, 8001937 1° 2 £

TABEL E

Llchtverstrooilngscoëfficiënt - cm /g

Polystyreen Gedroogd bij kamertempera- Gedroogd bij kamertempera- delen per 100 tuin: maar niet verhit tuur, vervolgens 5 min.

delen verhit op 150° C

Deeltj esgrootte Deeltj esgrootte 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 1980 8001937

Claims

11 Ni * COHCLPSIE S

1. Werkwijze, welke omvat uitspreiden van een bekledingsmateriaal, dat een latex van een filmvormend polymeer en een pigment bevat, over een dragersubstraat, drogen van de bekleding 5 onder omstandigheden, waarbij coalesceren van de polymeerdeeltjes van de latex tijdens de droogtrap wordt verhinderd en vervolgens onderwerpen van de gedroogde bekleding aan een behandeling, welke omvat de trap van samenpersen van de bekleding tijdens de behandeling voor het doen coalesceren van de polymeerdeeltjes, met het ken- 10 merk, dat de ondoorzichtigheid en helderheid van de bekleding worden vergroot door de coalesceertrap uit te voeren onder vermijden van toepassen van samendrukkende krachten op de bekleding.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bekleding wordt gedroogd waarbij de bekleding wordt gehouden 15 op een temperatuur beneden de minimum filmvormingstemperatuur van het polymeer en het coalesceren van de polymeerdeeltjes plaatsheeft door verhitten van de gedroogde bekleding op een temperatuur, die tenminste zo hoog is als de minimum filmvormingstemperatuur van het polymeer.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het coalesceren van de polymeerdeeltjes plaatsheeft door blootstellen van de gedroogde bekleding aan de effecten van een oplosmiddel voor het polymeer.

4. Werkwijze volgens één der conclusies 1-3, 25 met het kenmerk, dat het pigment bestaat uit een gedelamineerde klei. 8001937