NO136543B - - Google Patents

Description

Papirbestrykningsmasser består vanligvis av pigmenter,

så som kaolin (bestryknings-clay) delvis i blanding med spesiel-

le kalsiumaluminiumsilikater som av fagmannen betegnes som Satin White. Videre kan slike papirbestrykningsmasser inneholde syntetiske bindemidler, f.eks. vandige dispersjoner, respektive løsnin-ger av et vannuløselig polymerisat og/eller et vannløselig polymerisat eller naturlige bindemidler, så som stivelse, kasein og karboksymetylcellulose. Endelig utmerker slike papirbestrykningsmasser seg også ved et innhold av vanlige hjelpemidler, så som slippmidler eller skumhindrende midler, såvel som optiske lysgjørings-midler respektive nyanseringsfarvestoffer.

For å kunne påføre papirbestrykningsmassene med de i

dag i teknikken vanlige papirbestrykningsmasser ved høy hastig-

het på papirbanen, så må disse oppfylle visse krav med hensyn til sitt reologiske forhold. Samtidig består imidlertid også kravet om et lavest mulig vanninnhold i slike bestrykningsmasser, slik at de tørkekapasiteter som inneholdes i bestrykningsaggregatene, ikke skal overbelastes. Begge krav kan bare oppfylles hvis pigmentene etter sin mekaniske oppdeling holdes i en dispergert til-stand som gjør det mulig også med små vannmengder å oppnå en frem-deles flytbar pasta, og hvis pigmentene hindres i å absorbere de emulgatorer og beskyttelseskolloider som bringes inn ved hjelp av dispergeringsbindemidlene. Dette problem løses vanligvis med dispergeringsmidler og spesielt gunstig med organiske disperger-ringsmidler. Et dispergeringsmiddel har i dette tilfelle den funk-sjon å omhylle faste partikler, dvs. pigmentene på en slik måte at deres glidbarhet ved tilsetning av litt vann forbedres på en slik måte at det oppstår en flytbar pasta.

Det er kjent at for de nevnte formål anvendes vannløse-lige polyakrylater (salter av polyakrylsyrer). Disse stoffer, som i det følgende kalles "polyakrylater", utgjør innen rammen

av de komponenter som anvendes for en bestrykningsmasse et temme-lig dyrt produkt, slik at det er ønskelig å klare seg med minst mulige mengder for oppnåelse av de ovennevnte egenskaper.

Det har i teknikken lenge vært behov for å finne et produkt som i sammenligning med de hittil anvendte dispergeringsmidler muliggjør oppnåelse av den samme effekt samtidig som man anvender en mindre mengde. Hittil ble de relativt lavmolekylære polyakrylater som er anvendt som dispergeringsmidler, fremstilt ved at man polymeriserte f.eks. akrylsyre i nærvær av regulatorer med initiatorer, f.eks. hydrogenperoksyd og/eller persulfa-ter i vandig miljø. Som regulatorer for oppnåelse av lav mole-kyl vekt var det hittil kjent spesielle forbindelser, så som organiske forbindelser som inneholder mérkaptogrupper, men også uorga-niske forbindelser på basis av hydroksylamin, hvorved man til tross for relativt høye mengdeandeler fra og med en bestemt pro-sentsats av en regulator ikke kunne forbedre egenskapene til de fremstilte polyakrylater videre. Det viste seg nemlig at en tilsetning av f.eks. mer enn 6 % hydroksylammoniumsalt som regulator ikke brakte noen forbedring med hensyn tLL dispergeringsvirkningen for fremstilling av bestrykningsmasser.

Formålet med foreliggende oppfinnelse var derfor å kom-me' frem til en papirbestrykningsmasse som oppviser optimale viskositeter i hvert tilfelle og for ethvert anvendelsesformål og

som derved bare trenger et minimum;, av dispergeringsmiddel.

Oppfinnelsens mål ble overraskende nok nådd med papirbestrykningsmasser på basis av bindemidler, pigmenter, vanlige hjelpemidler og mindre mengder av dispergeringsmidler på basis

av polyakrylater som er fremstilt ved hjelp av radikalpolymerisasjon av akrylsyre og påfølgende nøytralisering av polymerisa-tene. Papirbestrykningsmassene er karakterisert ved at de som dispergeringsmiddel inneholder polyakrylater som er oppnådd ved polymerisasjon i nærvær av isopropanol ved radikalpolymerisasjon på i og for seg kjent måte. Isopropanol anvendes alene eller i løsningsmiddelblandinger som inneholder minst 40 % isopropanol.

Det viste seg videre at en ytterligere anvendelse av regulatorer ved fremstillingen av de nevnte dispergeringsmidler ikke er nødvendig. De således oppnådde polyakrylater har K-verdier i henhold til Fikentscher som ligger mellom 15 og 25, og dette er verdier som ligger betydelig lavere enn for de polymerisater som hittil er blitt anvendt for dette formål.

Papirbestrykningsmassene i henhold til oppfinnelsen er ellers oppbygd på i og for seg kjent måte og inneholder vanligvis et pigment, f.eks. kaolin eller satin White.

Videre inneholder en slik bestrykningsmasse et eller flere bindemidler. Til disse hører de naturlige bindemidler, f.eks. kasein, stivelse, alginater og karboksymetylcellulose. Disse bindemidler bevirker samtidig fortykkelse av bestrykningsmassen, forhøyer vannretensjonen og influerer vanligvis på bestryk-ningsmassens reologiske egenskaper. Ved siden av dette tilsettes det til bestrykningsmassen i vesentlig større andel syntetiske bindemidler, som fremfor alt utgjør vandige dispersjoner av poly-mere stoffer. En slik polymerisatdispersjon for det angitte formål består vanligvis av kopolymerisater av gruppene av følgende monomerer: vinylforbindelser, f.eks. styren, vinylacetat, akrylsyre , metakrylsyre og metyl-, etyl-, butyl- og etylheksylestere til disse syrer, videre akrylnitril, akrylamid, vinylalkohol og lignende, såvel som butadien og etylen. Eventuelt kan også blan-dinger av slike dispersjoner anvendes, hvorved også en av de to komponenter kan være løselig i alkalisk miljø. Da disse polymerisater ér alminnelig kjent, og da den slags bestrykningsmasser like-ledes hører til teknikkens stand, er det unødvendig i rammen av foreliggende oppfinnelse å gå mer detaljert inn på flere av den slags produkter.

Videre inneholder papirbestrykningsmassene på kjent måte skumhindrende midler, for det meste på basis av polyalkoksylerte forbindelser, slippmidler, så som kalsiumstearat, optiske lysgjø-ringsmidler og eventuelt farvestoffer for nyansering av farveegen-skapene til bestrykningsmassene. Bestrykningsmassene i henhold til oppfinnelsen inneholder hensiktsmessig polyakrylåtene i en mengde av 0,2-5 vekt%, regnet på tørr vekt av pigmentene, hvilket betyr en innsparing i forhold til de hittil anvendte bestrykningsmasser på opptil 40 %. Polymerisasjonssatsen kan ved fremstillingen av dispergeringsmidlene foruten den oppfinnelsesvesentlige isopropanol også inneholde samtlige andre løsningsmidler som er vanlige ved polymerisasjoner av denne type, spesielt vann og andre alko-holer, så som metanol, etanol, butanol og pentanoler.

En bestrykningsmasse inneholder eksempelvis - regnet på faststoff - 100 deler pigment så som bestryknings-clay eller

Satin White, 0,05-0,2 del av et alkalisk reagerende middel, f. eks. natronlut, og 10-20 deler av et av de nevnte bindemidler såvel som 0,2-5 deler av ett av de nevnte bindemidler såvel som 0,2-5 deler av ett av dispergeringsmidlene. Dessuten inneholder de opptil 2 deler av et slippmiddel, f.eks. kalsiumstearat, såvel som opptil 1,0 % optiske lysgjøringsmidler og eventuelt farvestoffer.

Papirbestrykningsmassene i henhold til oppfinnelsen har fremragende flytegenskaper og inneholder 20-40 % mindre av dispergeringsmidler enn tidligere, hvorved dog de krav som stilles til dem med hensyn til arbeidsviskositet, oppfylles på samme måte som tidligere.

Anvendelsen av polyakrylater er som sagt kjent. Likele-des er det kjent å fremstille polyakrylater ved polymerisasjon i isopropanolholdige løsningsmidler. Det var imidlertid ikke kjent at et polyakrylat, som er spesielt fremstilt ved polymerisasjon i isopropanol, kunne oppvise en slik Øket effekt som dispergeringsmiddel i papirbestrykningsmasser. Realiseringen av de ervervede kunnskaper utgjør således en virkelig berikning av teknikkens stand.

De følgende eksempler belyser oppfinnelsen uten å be-grense den.

Eksempel 1

(Teknikkens stand)

I en firehalskolbe med kapasitet 8 liter og forsynt

med rører, to dryppetrakter, termometer og kjøler, oppløses i 2100 cm 3 "Lewatxt"-vann (ledmn<g>sevnevann) , 220 g hydroksylammoniumsulfat og 65 g 50%ig hydrogenperoksyd. Denne blanding oppvarmes til 90°C og tilsettes fra en av de to dryppetrakter en løsning av 3000 g akrylsyre og 63 g hydroksylammoniumsulfat i 1050 cm<3 >fullstendig avsaltet vann og fra den annen dryppetrakt en løsning av 380 g hydrogenperoksyd i 800 cm 3 vann i løpet av 8 timer. Etter at alt er tilsatt, tilsetter man ytterligere 26 g 50%ig hydrogenperoksyd i 40 cm 3 fullstendig avsaltet vann og oppvarmet under omrøring i ytterligere 2 timer til 98°C. Etter avkjøling til 30°C tilsettes 2700 g av en 50%ig vandig natronlut i løpet av 5 timer, hvorved temperaturen ikke i vesentlig grad skal overstige 40°C, for at man skal kunne unngå for sterk misfarvning. Faststoff innholdet innstilles på 35 % under tilsetning av vann. Det

fremkommer et produkt med en farve (jodtall) på 5-20, en K-verdi for syren på 13-24 og en K-verdi for saltet på 23-28. Alt etter anvendelsesformål kan et slikt produkt anvendes i vandig løsning eller også forstøvningstørket som fast vare. For utprøvning av anvendeligheten for et slikt produkt som dispergeringsmiddel går man frem på følgende måte: 2350 g vann fylles i en blandeapparatur ("beliteur" fra Cellier, Aix-le-Bains, Frankrike), og i dette oppløses 10 g av

det ovenfor beskrevne faste produkt. Deretter tilsettes 5000 g av en bestrykningskaolin som leveres av English China Clays, Lovering and Pochin, Limited, St-Austell, England med betegnel-

sen "Dinky Special". Det oppstår en seig, ikke lenger flytbar pasta. Ved tilsetning av litt I0%ig natronlut innstilles pH-verdien for blandingen på 6,6, hvorved det fremkommer en pasta som igjen er flytbar. Etter røring i "Deliteur"-apparaturen i 20 minutter ved en rørehastighet på 3000 opm beveges massen ytterligere 1 time med en bladformet rører som løper langsomt, og deretter bestemmes viskositeten til clay-oppslemmingen ved hjelp av et rotasjonsviskosimeter (Brookfield HVL) ved 20 og 100 opm (målingen foretas i hvert tilfelle etter 1 minutt og ved 25°C). Derved får man følgende resultat: Viskositet 20 opm: 160 cP;

100 opm: 154 cP. Etter 24 timers henstand fås følgende viskositeter: 20 opm: 900 cP; 100 opm: 303 cP. Under anvendelse av denne clay-oppslemming fremstilles nå en bestrykningsfarve. For dette formål oppvarmes 510 g stivelse (fra Scholtens, Foxhol, Nederland) med 1040 g vann i 20 minutter til 90°C, til man oppnår

en klar stivelseløsning. Etter avkjøling til ca. 40°C tilsettes 6250 g av clay-oppslemmingen til denne løsning. Deretter tilsettes dessuten 340 g av en 50%ig kunststoffdispersjon (på basis av styren/butylakrylat) under omrøring. Denne blanding beveges i 1 time med et røreverk som løper langsomt. Deretter bestemmes viskositetsverdiene, som allerede beskrevet: Viskositet ved

20 opm: 8250 cP; ved 100 opm: 2530 cP; pH-verdi 8,15. Etter

24 timer: Viskositet ved 20 opm: 11500 cP; ved 100 opm: 3600 cPj pH-verdi 7,7.

Eksempel 2

I en 8 liters firehalskolbe, utstyrt med kjøler, to dryppetrakter, rører og termometer, has 800 g av en blanding som består av 480 g isopropanol og 320 g vann, såvel som 48 g 50%ig

hydrogenperoksyd. Man oppvarmer til koketemperatur (ca. 83°C)

og lar det fra dryppetrakten under omrøring i løpet av 6 timer tilflyte en blanding av 1072 g isopropanol, 780 g vann og 2415 g akrylsyre, mens man gjennom den annen dryppetrakt samtidig tilsetter 100 g 50%ig hydrogenperoksyd, dog over et tidsrom av 8 timer.

Etter at alt er tilsatt, etterpolymeriseres det ved samme temperatur i 1 time, og deretter destiller man av 2000 cm 3 av en isopropanol/vannblanding (destillat 1). så tilføyer man

3 . 3

2000 cm vann og destillerer av 600 cm (destillat 2). Man av-kjøler polymerløsningen til 40°C og nøytraliserer med 2500 cm* ;av en 50%ig natronlut, hvorved pH-verdien skal utgjøre 8,65. ;Ved tilsetning av vann innstilles faststoffinnholdet på 45 %. Syrens K-verdi før nøytraliseringen utgjør - målt i 5%ig løsning - 11,3 og for den nøytraliserte løsning 16,6, mens farven er (jodtall) 5. Destillat 1 anvendes direkte igjen ved neste satsing, mens destillat 2 ved denne satsing tilsettes etter fortynn-ing med vann til 2000 cm 3før annen destillasjon, slik at i denne syklus største delen av den anvendte isopropanol gjenvinnes. I resten innarbeides bare 1-3 % isopropanol. For bestemmelse av dispergeringsevnen går man frem som beskrevet i eksempel 1. Til 2338 g vann tilsettes 22,1 g av den 45%ige løsning av det ovenfor ;beskrevne produkt og deretter som tidligere 5000 g av det samme kaolin. Det oppstår straks en flytbar pasta som ved en pH-verdi på-5,45 har en viskositet ved 20 opm på 210 cp og ved 100 opm 148 cP. Ved tilsetning av natronlut innstilles så pH-verdien til kaolinoppslemmingen, som angitt under 1, på 6,6, hvorved viskositeten synker til følgende verdier: ved 20 opm: 108 cP; ved 100 opm: 107 cP. Etter 24 timers henstand er pH-verdien bare sunket til 6,5. Viskositeten utgjør nå ved 20 opm; 140 cP} ;ved 100 opm: 107 cP. Denne viskositetskonstans er av stor be-tydning foranvendelsen av et slikt dispergeringsmiddel, da den garanterer pumpbarheten av kaolinoppslemmingen selv etter lang lagring. ;Den ovenfor beskrevne clay-oppslemming forarbeides så, som beskrevet under 1, til en bestrykningsmasse som oppviser føl-gende viskositetsverdier: ved .20 opm: 5900 cP; ved 100 opm: 1860 cP; etter 24 timers lagring ved 20 opm: 8200 cPv ved 100 opm: 2730 cP. I hvert tilfelle oppnås altså ved anvendelse av dispergeringsmidlet i henhold til oppfinnelsen en tydelig lavere viskositet. ;Eksempel 3 ;Det fremstilles under anvendelse av de i eksempel 1, respektive eksempel 2 beskrevne dispergeringsmidler (dispergeringsmiddel 1, respektive dispergeringsmiddel 2 i fig. 1 og 2) ;en kaolinoppslemming, hvorved tilsetningsmengden av dispergeringsmidlene varieres mens pH-verdien holdes konstant på 6,5 og faststoffinnholdet på 68 %. Som kaolin anvendes en på papirbe-strykningsområdet vanlig brukt bestryknings-clay fra English China Clays Lovering and Pochin, St. Austell, England, med beteg-nelsen "Dinky A". Trekker man opp som ordinater de resulterende viskositeter (målt med Brookfield-viskosimeter i centipoise (cP) ved 100 opm) for disse clay-oppslemminger kontra den tilsatte mengde av dispergeringsmidler som abscisse, så får man kurver som ved en bestemt tilsetningsmengde av dispergeringsmidler oppviser et viskositetsminimum. Den således oppnådde konsentrasjon av dispergeringsmiddel betegnes som den optimale og anvendes også i praksis. Figur 1 viser slike kurver, som ble oppnådd under anvendelse av begge de ovenfor anførte dispergeringsmidler. Ved anvendelse av dispergeringsmiddel nr. 1 (stiplet kurve) får man dette minimum ved en konsentrasjon på 0,73 % av det 40%ige produkt. Dette tilsvarer en faststoffkonsentrasjon på 0,258 %. Anvender man dispergeringsmiddel nr. 2 i henhold til oppfinnelsen (heltrukken kurve), så trenger man bare 0,41 % av det 45%ige produkt, dvs. - regnet på faststoff - bare 0,185 %. Dette betyr ;i forhold til dispergeringsmiddel nr. 1 en innsparing av dispergeringsmiddel på 28 %. ;Eksempel 4 ;2730 g Satin white-pasta (ca. 22 % faststoffinnhold bestemt ved 105°C) tilsvarende ca. 600 g fastsubstans, tilsettes i et rørekar med stigende mengder av den tidligere som dispergerings-m iddel 1, respektive dispergeringsmiddel 2 betegnede substans og blandes så i 7 minutter godt med en såkalt Cowles-Dissolver, mo-dell 1 VG (Cowles-Dissolver Co., Inc., Cayuga, New York, USA) ved 3400 omdreininger. Det tilsettes i hvert tilfelle så meget vann at faststoffinnholdet for blandingen holder seg konstant på 22 %. Blandingen beveges ytterligere 1 time med en langsomt løpende rø-rer, og så bestemmes viskositeten på blandingen som tidligere beskrevet. Med stigende konsentrasjon av dispergeringsmiddel iakt-tas en reduksjon i viskositeten til Satin White-pastaen, slik det ;f.eks. er fremstilt i figur 2, hvor koordinatene er som definert for figur 1. Man ser på figuren at ved anvendelse av dispergeringsmiddel nr. 2 i henhold til oppfinnelsen (stiplet kurve) i sammenligning med dispergeringsmiddel nr. 1 (heltrukken kurve) får man allerede ved vesentlig lavere anvendelsesmengder en tynt-flytende pasta. Tar man som mål for den ønskelige viskositet for en satin White-pasta, dvs. en viskositet ved hvilken pastaen frem-deles må være godt pumpbar, en viskositetsverdi på 500 cP, så vil denne verdi under anvendelse av dispergeringsmiddel nr. 1 nås med en anvendelsesmengde av 6,5 % av det 35%ige produkt (tilsvarer 2,28 % fastsubstans), ved anvendelse av dispergeringsmidlet i henhold, til oppfinnelsen imidlertid allerede med 3,64 % av det 45%ige produkt (tilsvarer 1,64 % fastsubstans). Dette betyr at man kan nå den samme ønskede effekt med 28 % lavere tilsetningsmengde av dispergeringsmiddel. *

Claims (2)

1. Papirbestrykningsmasser på basis av bindemidler, pigmenter, vanlige hjelpemidler og mindre mengder av dispergeringsmidler på basis av polyakrylater som er fremstilt ved radikalpolymerisasjon av akrylsyre og påfølgende nøytralisering av poly-merisatene, karakterisert ved et innhold av polyakrylater som er polymerisert i nærvær av isopropanol alene eller i løsningsmiddelblandinger med minst 40 % isopropanol ved radikalpolymerisasjon på i og for seg kjent måte, som dispergeringsmidler.

2. <p>apirbestrykningsmasser som angitt i krav 1, karakterisert ved et innhold av 0,2-5 vekt%, regnet på pigment, av polyakrylåtene.