NL8302549A

NL8302549A - Calciumcarbonaat, in het bijzonder voor het bekleden van papier voor diepdruk.

Info

Publication number: NL8302549A
Application number: NL8302549A
Authority: NL
Original assignee: Pluss Stauffer Ag
Priority date: 1983-05-09
Filing date: 1983-07-15
Publication date: 1984-12-03
Also published as: ES527196A0; DE3316949C2; FI832279L; GB2139606B; GB2139606A; AU558632B2; DE3316949C3; FR2545812B1; JPS59204662A; FI84184C; NL188281B; GB8329759D0; SE8303934L; DE3316949A1; AT381687B; CA1219730A; FI84184B; NL188281C; NO832355L; FR2545812A1

Description

* » » ; VO 4935

Calciumcarbonaat, in het bijzonder voor het bekleden van papier voor diepdruk.

De uitvinding heeft betrekking op calciumcarbonaten., in het bijzonder natuurlijke calciumcarbonaten, op werkwijzen voor de bereiding daarvan alsmede op de voorkeurstoepassing daarvan als bekledings-pigmenten voor diepdrukpapier.

5 Beklede papiersoorten zijn bekleed met een massa die als wezen lijke bestanddelen een bindmiddel en een pigment in de vorm van een minerale vulstof bevat. Ben beschrijving van de bestanddelen van papierbekledingsmaterialen en van de toepassing daarvan is bijvoorbeeld te vinden in het boek van James P. Casey "Pulp and Paper 10 Chemistry and Technology", hoofdstuk XIX, deel III (1961).

In de druktechniek zijn in hoofdzaak drie verschillende werkwijzen bekend, nl. boekdruk, offsetdruk en diepdruk.

Boekdruk is een zogenaamde hoogdrukwerkwijze. Zoals bij een stempel vormt het te drukken vlak een verhoging op de drukvorm. Het t 15 verhoogde beeldvlak wordt ingeinkt door middel van walsen. Bij deze drukwerkwijze wordt ook bekleed papier gebruikt, dat kaolien of calciumcarbonaat bevat.

Offsetdruk is een zogenaamde vlakdrukwerkwijze, hetgeen betekent dat zowel de drukkende als de niet-drukkende delen zich in één 20 vlak bevinden. Zij verschillen van elkaar doordat de drukkende delen vet, nl. drukinkt, aannemen en afgeven, maar water afstoten, terwijl de niet-drukkende delen water vasthouden, maar vet (inkt) afstoten.

De roterende drukcilinder passeert eerst de watertoevoerende en daarna de inkttoevoerende wals. Hij drukt evenwel niet direct op het 25 papier, maar op een op een cilinder gespannen rubberdoek. Het papier neemt dan het drukbeeld van het rubberdoek over, wanneer het door een cilinder tegen de rubbercilinder wordt aangedrukt. Bij deze werkwijze worden zowel kaolien als calciumcarbonaat als bekledingspigmenten gebruikt.

30 Bij diepdruk zijn de drukkende delen van de cilinder onder het gepolijste oppervlak gelegen. De cilinder passeert eerst de met vloeibare inkt gevulde bak en vervolgens de rakel, een stalen lineaal, die de overtollige inkt wegneemt, terwijl de voor het drukken bestemde inkt zolang in napjes wordt vastgehouden tot het papier tegen de 35 napjes wordt gebracht en de inkt daarbij uit de napjes wordt wegge- 8302549

C H

-2- zogen.

Voor diepdruk wordt als bekledingspigment in de praktijk zeer overwegend uitsluitend kaolien gebruikt. In de literatuur (Duitse Offenlegungsschriften 3.132.841 en 2.943.653) is evenwel ook calcium-5 carbonaat in combinatie met diepdrukpapiersoorten beschreven. Calcium-carbonaat werd evenwel in werkelijkheid zeer beslist niet bij diepdruk toegepast, vooral omdat in het betreffende vakgebied tot dusver de mening bestond, dat kaolien aanzienlijk betere eigenschappen zou hebben bij beklede diepdrukpapiersoorten. .

10 Bovendien wordt het gebruik van calciumcarbonaat als bekle dingspigment in diepdrukpapiersoorten in de literatuur zelfs nadrukke-, lijk aan de vakman afgeraden, met als reden dat daarmee slechte druk-resultaten worden bereikt. Slechts bij wijze van voorbeeld kan daarvoor worden verwezen naar de twee volgende literatuurplaatsen: 15 1. "ECC International", Haus-Zeifschrift, 1981, "How developments in coating pigments affect paper printability" van Dr. Ken Beazley, Research and Development, blz. 1 en 2:

In deze publikatie staat woordelijk, dat één van de vaststaande feiten is dat gemalen calciumcarbonaat een slechter 20 bekledingspigment voor diepdrukpapiersoorten is dan kaolien.

Op blz. 2 wordt er nogmaals op gewezen dat calciumcarbonaat een slechte bedrukbaarheid geeft.

2. Tappi Coatings Proceedings 1979: "Possibilities and Limitations of High Solids Colours", blz. 39: 25 Onder punt 4 "Samenvatting" Nr. 3 staat vermeld, dat de druk kwaliteit bij gebruik van gemalen calciumcarbonaat slechter is dan bij gebruik van kaolien bij een gelijke en hogere concentratie aan vaste stof.

Aan het gebruik van kaolien als bekledingspigment voor diep-30 drukpapiersoorten kleven evenwel een aantal nadelen, in het bijzonder - een slecht reologisch gedrag; daardoor is het niet mogelijk te bekleden met een hoog vaste-stofgehalte, hetgeen leidt tot grote energiekosten bij het drogen van de door bekleden aangebrachte laag; - het feit dat een grote hoeveelheid bindmiddel moet worden gebruikt; 35 - een oneconomisch proces, omdat de kosten ongunstig zijn.

8302549 -3- 9

Een doel van de onderhavige uitvinding is derhalve deze nadelen te vermijden en in het bijzonder een bekledingspigment voor diepdrukpapiersoorten ter beschikking te stellen, dat bij een hoge concentratie aan vaste stof met een laag bindmiddelgehalte kan worden 5 bekleed, waarmee energie kan worden bespaard, dat leidt tot het verkrijgen van diepdrukpapier met een hoge glans en grote opaciteit en dat betere waarden oplevert met betrekking tot doordruk en doorschijnen dan de bekledingspigmenten volgens de stand van de techniek.

Verrassenderwijze werd thans na jarenlang uitgebreid onderzoek 10 gevonden, dat in tegenstelling tot de in het vakgebied heersende opvatting, toch calciumcarbonaten voor het bereiken van het eerder omschreven doel kunnen worden gebruikt, en wel wanneer calciumcarbonaat wordt gebruikt, dat door fijnmalen en/of klassificeren volgens deeltjesgrootte is geschikt gemaakt, en 15 a) 50 - 70% deeltjes bevat die kleiner zijn dan 1 ^im, b) minder dan 10% deeltjes bevat die kleiner zijn dam 0,2 jm, en c) een soortelijk oppervlak volgens BET bezit dat kleiner is dan 10 m^/g.

De uitvinding wordt dus gekenmerkt door een zeer bepaalde 20 combinatie van drie kenmerken, waarbij 50 - 70% van de deeltjes kleiner zijn dan 1 minder dan 10% (in het bijzonder tussen 1 en 10%) van de deeltjes kleiner zijn dam 0,2 ^tm, en het soortelijk oppervlak volgens BET kleiner is dan 10 m^/g. Bij voorkeur bedraagt de grootste doorsnede van de onderhavige produkten 3-10 ^im.

25 Er werd gevonden dat in het kader van de onderhavige uitvin ding alle aardalkalicarbonaten en mengsels daarvan, zoals dolomiet, met succes kunnen worden toegepast. Neergeslagen calciumcarbonaten zijn zeer goed geschikt voor het gestelde doel. De natuurlijke calciumcarbonaten kalksteen, krijt en marmer en mengsels daarvan zijn 30 uitstekend geschikt gebleken.

Voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding zijn aangegeven in de bij deze beschrijving behorende volgconclusies 2-5. Alle procentuele waarden zijn daarbij aangegeven in gew.%. De deeltjesgrootte, aangegeven in^jm, heeft steeds betrekking op een overeen-35 komstige bclvormige diameter.

8302549 -4-

Verdere kenmerken en voordelen. van de onderhavige uitvinding mogen blijken uit de hierna volgende beschrijving van uitvoerings-voorbeelden.

Voorbeeld I

5 Bereiding van de proefprodukten:

Natuurlijk calciumcarbonaat werd op op zichzelf bekende wijze droog voorgemalen. Het fijnmalen werd nat uitgevoerd in een zand-molen. Daarbij werden de maalomstandigheden zo gekozen, dat het gehalte aan deeltjes kleiner dan 1 ^im en kleiner dan 0,2 jm alsmede het 10 soortelijk oppervlak sterk konden worden gevarieerd. Het bepalen van de korrelgrootteverdeling vond plaats door sedimentatie-analyse en de bepaling van het soortelijke oppervlak volgens de BET-methode.

Op de hierboven beschreven wijze werden drie produkten bereid met verschillende gehalten aan deeltjes kleiner dan 1 ^un, teneinde de 15 invloed van deze gehalten op de p'apierbekleding te onderzoeken.

Deze produkten werden onderzocht in een papierbekleding voor diepdruk.

Bekledingsrecept; bindmiddel (acrylzuuresterhoudenö copolymeer) 4,5 gew.dln (abs. droog) 20 dispergeermiddel (Na-zout van een poly- carbonzuur) 0,6 gew.dl (abs. droog) calciumstearaat 0,8 gew.dl kationisch polyethyleenimine 0,12 gew.dl anionisch acrylaatverdikkingsmiddel 0,3 gew.dl 25 bekledingspigment 100,0 gew.dln

Het vaste-stofgehalte van de bekledingssamenstelling werd ingesteld op 65%.

Bekledingsomstandigheden: 2 te bekleden ruw papier: 36-37 g/m houthoudend 1 8302549 2 30 hoeveelheid bekleding: bovenzijde = 7 g/m ; zeefzijde = 8 g/m bekledingsinrichting: Combi-Blade-Coater; bekledingssnelheid 1000 m/min

drogen: Air Foils 250°C

satineren: superkalander; doorvoersnelheid 200 m/min;

35 lijndruk 250 kg/cm; walstemperatuur 70°C

-5-

Onderzoekomstandigheden:

Glans; volgens Tappi bij een invals- en weer kaats ingshoek van 75°

Opaciteit; volgens DIN 53.146 5 Diepdruk in laboratorium; drukinrichting; experimentele proefdrukinrichting voor diepdruk drukcilinder; gegraveerd druksnelheid; 5 m/sec 10 inkt; rotatiediepdrukinkt (zwart)

De drukkwaliteit werd visueel beoordeeld. Er werd een rangorde gemaakt.

Drukglans:

De glansmeting werd uitgevoerd volgens Tappi bij een invals- en weer-15 kaatsingshoek van 75° op het gehele vlak van het in het laboratorium door diepdruk bedrukte papier.

Doordruk en doorschijnen;

De in het laboratorium door diepdruk bedrukte papieren werden gebruikt.

20 De remissiegraad van het beklede onbedrukte papier (= R) en de remissiegraad van de onderzijde van het bedrukte gehele vlak (= Rfr) werden gemeten.

R — Rfx

De berekening vond plaats volgens de formule ——- . 100

R

Drukproeven in de praktijk; 25 drukmachine: Wifag Rotomaster drukcilinder; gegraveerd cilinderomwentelingen/h; 15’000 inktvolgorde; geel, magenta, cyaan, zwart

Alle papieren werden zonder statische drukhulp bedrukt.

30 De drukproeven in de praktijk werden visueel beoordeeld.

Er werd een rangorde gemaakt.

Kenmerken; VP 50 VP 60 VP 70 hoeveelheid kleiner dan 1 jm. 53 % 62 % 70 % hoeveelheid kleiner dan 0,2 jan 7 % 9 % 12 % 35 soortelijk oppervlak 8,0 m1/g 9,1 m1/g 10,2 m1/g 8302549 -6-

Onderzoekresultaten; VP 50 VP 60 yp 70 glans 46 % 50 % 48 % drukglans 72 % 74 % 72 % opaciteit 90,8 % 92,2 % 91,4 % 5 doordrukken en doorschijnen 13,1 10,6 11,9 diepdrukproeven in de 2 praktijk (rangorde) ^

Het produkt VP 60 met een hoeveelheid van 62% kleiner dan l ^im gaf de beste resultaten met betrekking tot glans, drukglans, opaciteit, 10 doordrukken en doorschijnen en bij de proeven in de praktijk. Daarna volgden de produkten VP 70 en VP 50 met een hoeveelheid van respectievelijk 70 en 53% kleiner dan 1 ^im. De optimale hoeveelheid aan deeltjes kleiner dan 1 ^im ligt volgens de uitvinding tussen 50 en 70%, bij voorkeur bij 60%.

15 Voorbeeld II

Op de in voorbeeld I beschreven wijze werden twee produkten bereid met een gelijke hoeveelheid aan deeltjes kleiner dan 1 ^im, maar met een grote en kleine hoeveelheid aan deeltjes kleiner dan 0,2 ^un, respectievelijk met een groot en klein soortelijk oppervlak, 20 teneinde het verschil te tonen tussen de uitvinding en een calcium-carbonaat dat niet geschikt is om het doel van de onderhavige uitvinding te bereiken.

Deze produkten werden onderzocht in een papierbekleding voor diepdruk.

25 Bekledingsrecept; bindmiddel (acrylzuurhoudend copolymeer) 3,5 gew.dln (abs. droog) dispergeermiddel (Na-zout van een poly- carbonzuur) 0,6 gew.dl (abs. droog) calciumstearaat 0,8 gew.dl 30 kationisch polyethyleenimine 0,12 gew.dl anionisch acrylaatverdikkingsmiddel 0,3 gew.dl bekledingspigment 100,0 gew.dln

Het vaste-stofgehalte van de bekledingssamenstelling werd ingesteld op 65%.

8302549 -7-

Bekledingsomstandigheden; te bekleden ruw panier: 37 g/m2 houthoudend 2 2 hoeveelheid bekleding: bovenzijde = 8 g/m ; zeefzijde = 9 g/m bekledingsinrichting: Combi-Blade-Coater; bekledingssnelheid 5 1000 m/min

drogen: Air Foils 250°C

satineren: superkalander; doorvoersnelheid 200 m/min; lijndruk 250 kg/cm; walstemperatuur 70 °C.

Volgens de in voorbeeld I beschreven onderzoekomstandigheden 10 werden de volgende resultaten verkregen:

Kenmerken: VP 5 VP 14 hoeveelheid kleiner dan 1 jrn. 59 % 60 % hoeveelheid kleiner dan 0,2 ^tm 5 % 14 % soortelijk oppervlak 8,9 m2/g 12,1 m2/g 15 Onderzoekresultaten: ' glans 55 % 47 % drukglans 82 % 72 % opaciteit 91,4% 90,8 % doordrukken en doorschijnen 11,8 12,6 20 diepdrukproeven in laboratorium ^ 2 (rangorde)

Terwijl met het onderhavige produkt VP 5 het gestelde doel werd bereikt, werden met VP 14 onbevredigende resultaten verkregen, hetgeen overigens ook verrassend is vanwege het feit dat VP 5 een 25 grover calciumcarbonaat is dan VP 14.

Voorbeeld III

Op de in voorbeeld I beschreven wijze werd een produkt bereid, dat een voorkeursuitvoeringsvorm is met betrekking tot de hoeveelheden kleiner dan 1 ^im, kleiner dan 0,2 jim en het soortelijke oppervlak.

30 Het onderzoek van dit produkt vond plaats in vergelijking met een gewoonlijk in de praktijk gebruikte kaolien in een papierbekleding voor diepdruk, dus met een produkt volgens de stand van de techniek.

8302549 -8-

Bekledingsrecept; VP 60/6 Kaolien bindmiddel (acrylzuurester- 3,5 gew.dln 4,5 gew.dln houdend copolymeer (abs. droog) (abs. droog) dispergeermiddel 0,6 gew.dl 0,3 gew.dl 5 (abs. droog) (abs. droog) calciumstearaat 0,8 gew.dl 0,8 gew.dl kationisch polyethyleenimine 0,12 gew.dl 0,12 gew.dl anionisch acrylaat- 0,3 gew.dl 0,3 gew.dl verdikkingsmidde1 10 bekledingspigment 100,0 gew.dln 100,0 gew.dln het vaste-stofgehalte vein de bekledingssamenstelling 65 % 56 % werd ingesteld op

Bekledingsomstandigheden: 15 te bekleden ruw papier: 36 g/m2 houthoudend hoeveelheid bekleding: bovenzijde = 8 g/m2; zeefzijde = 9 g/m2 t bekledingsinrichting: Combi-Blade-Coater; bekledingssnelheid 1000 m/min

drogen: Air Foils 250°C

20 satineren: superkalander; doorvoersnelheid 200 m/min; lijndruk 250 kg/cm; walstemperatuur 70°C.

Volgens de in voorbeeld I beschreven onderzoekomstandigheden verkreeg men de volgende resultaten: bekleding met

Kenmerken: kaolien/diepdruk 25 hoeveelheid kleiner dan 1 ^un 60 % 49 % hoeveelheid kleiner dan 0,2 ^im 6 % 17 % soortelijk oppervlak 7,8 f/g 13,0 m2/g

Onderzoekresultaten: glans 63 % 64 % 30 drukglans 85 % 85 % opaciteit 92,6% 90,0% doordrukken en doorschijnen 10,7 13,5 diepdrukproeven in laboratorium ^ 2 (rangorde) 35 diepdrukproeven in de praktijk 1 ^ (rangorde) 8302549 -9-

Het in dit voorbeeld gebruikte calciumcarbonaat volgens de uitvinding VP 60/6 met 60% deeltjes kleiner dan 1 en 6% deeltjes kleiner dan 0,2 ^im en met een soortelijk oppervlak van 7,8 m2/g gaf dezelfde waarden voor de glans en de drukglans als het als vergelij-5 kingsmateriaal gebruikte kaolien. Met betrekking tot de opaciteit alsmede het doordrukken en doorschijnen en bij de drukproeven in laboratorium gaf het VP 60/6 betere resultaten dan het als vergelijkingsmateriaal gebruikte kaolien. Bij de drukproeven in de praktijk werden de beide produkten gelijk beoordeeld.

10 Deze resultaten bewijzen dat met een calciumcarbonaat zoals het produkt VP 60/6 zonder meer een papierbekleding voor diepdruk kan worden bereid en dat daarbij een bekleed papier wordt verkregen dat evenwaardig en ten dele beter is dan de gebruikelijke diepdrukpapier-soorten die zijn verkregen door gebruik te maken van kaolien.

15 Uit de bekledingsrecepten, volgens voorbeeld III blijkt dat bij gebruik van calciumcarbonaat ongeveer 20% minder bindmiddel kan worden toegepast om dezelfde en ten dele betere eigenschappen te verier ij gen. De vermindering van het bindmiddelgehalte betekent voor de fabrikant een aanzienlijke kostenbesparing.

20 Het goede reologische gedrag van het onderhavige calcium carbonaat maakt het mogelijk om bekledingssamenstellingen met een hoger vaste-stofgehalte te bereiden, hetgeen bij kaolien niet mogelijk is. Daardoor is er minder energie nodig om de aangebrachte bekleding te drogen, hetgeen voor de papierfabrikant eveneens een aanzienlijke 25 kostenbesparing betekent.

8 3 0 2 5 4 ö

Claims

1. Calciumcarbonaat, in het bijzonder natuurlijk calcium-carbonaat, met het kenmerk, dat het calciumcarbonaat door fijnmalen en/of klassificeren volgens deeltjesgrootte geschikt is gemaakt, en a) 50 - 70% deeltjes bevat die kleiner zijn dan 1 ^im, 5 b) minder dan 10% deeltjes bevat die kleiner zijn dan 0,2 ƒ011, en c) een soortelijk oppervlak volgens BET bezit dat kleiner is dan 10 m2/g.

2. Calciumcarbonaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het calciumcarbonaat 10 a) 55 - 65% deeltjes bevat die kleiner zijn dan 1 jm, b) minder dan 10% deeltjes bevat die kleiner zijn dan 0,2 ^im, en c) een soortelijk oppervlak bezit dat kleiner is dan 10 m2/g.

3. Calciumcarbonaat volgens tonclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het calciumcarbonaat 15 a) 60% deeltjes bevat die kleiner zijn dan 1 ^im, b) minder dan 10% deeltjes bevat die kleiner zijn dan 0,2 ^im, en c) een soortelijk oppervlak bezit dat kleiner is dan 10 m2/g.

4. Calciumcarbonaat volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat het calciumcarbonaat 20 a) 60% deeltjes bevat die kleiner zijn dan 1 ^im, b) 4 - 6 gew.% deeltjes bevat die kleiner zijn dan 0,2 ^im, en c) een soortelijk oppervlak bezit dat kleiner is dan 10 m2/g.

5. Calciumcarbonaat volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het calciumcarbonaat 25 a) 60% deeltjes bevat die kleiner zijn dan 1 ^im, b) 4-6% deeltjes bevat die kleiner zijn dan 0,2 ^im, en c) een soortelijk oppervlak bezit dat kleiner is dan 8 m2/g.

6. Werkwijze voor het bereiden van calciumcarbonaat volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het calciumcarbonaat eerst op 30 bekende wijze droog wordt fijngemalen en vervolgens door klassificeren volgens deeltjesgrootte door middel van windzeven geschikt wordt gemaakt. 8302549 ST .. t -11-

7. Werkwijze voor het bereiden van calciumcarbonaat volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het calciumcarbonaat door nat fijnmalen op bekende wijze wordt bereid.

8. Toepassing van calciumcarbonaat volgens conclusies 1-7, 5 als bekledingspigment voor LWC-diepdrukpapiersoorten.

9. Toepassing van calciumcarbonaat volgens conclusies 1-8, in suspensies met een vaste-stofgehalte van 65 - 85 gew.% voor LWC-diepdrukpapiersoorten (bekledingen met een hoog vaste-stofgehalte). % --— — 8302549