NO149072B - Pair og kartong egnet for betrykning samt fremgangsmaate for fremstilling derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår- papir og kartong egnet for betrykning og med forbedret motstandsevne mot våt- og tørrivning ved at det er påført et beleggspreparat som som bindemiddel inneholder en vandig lateks av en syntetisk polymer.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av slik papir og kartong.

Man vet at vandige preparater for belegging av papir og kartong- i prinsipp inneholder - pigmenter og bindemidler. Det pig-ment som vanligvis anvendes er mineralleire. Man kan likeledes anvendepigmenter såsom kalsiumkarbonat, titanoksyd, hydrargilitt, talkum, og bariumsulfat i;små andeler i forhold til mineral-leiren. Disse pigmenter dispergeres i vann, vanligvis i alkalisk miljø i nærvær av dispergerende middel., hvor de viktigste er-tetranatriumpyrofosfat, natriumheksametafosfat og polyakryl-• ater med lav molekylvekt i innhold, på mellom 0,2 og 0,5 vekt-%

i forhold til pigmentene. Disse pigmenter festes til papiret eller kartongen ved hjelp av bindemidlene. Som bindemidler anvender, man vanligvis en vandig lateks av en syntetisk polymer slik som en kopolymer av butadien og styren, en kopolymer av butadien og styrenkarboksyl, en akrylpolymer eller en vinylace-tatpolymer, anvendt alene eller i blanding med naturlige bindemidler såsom stivelse, proteiner,.kasein eller syntetiske bindemidler såsom polyvinylalkoholer. > Det er likeledes mulig å til-iføre lateksen produkter som er. istand til å forbedre holdeevnen på .vann i belegningspreparatene såsom karboksymetylcellulose eller alginater.

Belegningspreparatene kan endelig innehold andre bestanddeler .såsom spesielt kryssbindingsmidler, antiskummingsmidler, glide-midler, optiske hvitnere og fargestoffer.

Belegningen av papir og kartong ved hjelp av de vandige preparater utføres ved hjelp av en belegningsmaskin etter forskjellige tekniker som anvender forskjellige innretninger hvor man kan nevne følgende industrielle innretninger som har disse beteg-nelser: luftkam, size-press, Champion-belegger, Massey-belegg-

e-r og trekkskrape. Etter belegningen underkastes papiret eller kartongen en tørkingsoperasjon.

Egenskapene hos det belagte papir eller kartong er forskjellig alt etter den trykkemetode som de er beregnet for, hvor de to, hovedmetodene er fotomekanisk trykking og offset-trykking. Motstanden mot tørrivning som representerer festekraften mellom belgget og underlaget, må være desto større når trykkfargen er mer viskøs. Videre må man ved firfargeoffset-trykking trykke den andre, tredje og fjerde farge på et område som på forhånd er fuktet. Det er derfor viktig for å unngå rivningsfenomener i fuktig tilstand som viser seg ved tilsmussing av filtunderlag-et og offsetpressene, at papiret eller kartongen har en tilstrekkelig motstand mot rivning i fuktig tilstand. For å oppnå mot-standsnivåer mot tørrivning og våtrivning som er nødvendige for trykkemetodene, har man interesse av å anvende minimal mengde bindemiddel, for desto mer bindemiddel man anvender, desto dår-ligere blir de optiske egenskaper med hensyn til hvithet og blankhet som man spesielt ønsker å oppnå ved hjelp av pigmentet.

Blant de syntetiske polymerlatekser som anvendes som bindemidler er det de bindemidler som har den største bindeevne som er mest interessante siden de kan anvendes i mindre mengder for å oppnå en motstand mot tørrivning som kreves for trykkemetoden og der-ved gjør det mulig å oppnå maksimal hvithet og blankhet.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse papir og kartong av den innledningsvis nevnte art og dette papir og kartong karakteriseres ved at mengden i lateksen av vannoppløselige forbindelser, oppløst i den vandige fase, er under 0,5 vekt-%, beregnet på polymeren.

Oppfinnelsen angår som nevnt også en fremgangsmåte for fremstilling av slik papir og kartong som karakteriseres ved at man anvender en lateks hvis mengde oppløst i den vandige fase. som nevnt er under 0,5 vekt-%, beregnet på polymeren.

De ovenfor nevnte vannoppløselige forbindelser omfatter hoved-saklig salter som f. eks. består av katalytiske rester, over-flateaktive midler og makromolykylære forbindelser såsom f.

eks. karboksylerte forbindelser.

Man har påvist at hvis alle forhold er like, vil den lateks hvor innholdet av'vannoppløselige forbindelser oppløst i vannfasen er tilstrekkelig lav, gi den beste bindeevne.

Som syntetiske polymerer som anvendes i form av lateks ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, kan man fortrinnsvis nevne kopolymerer av butadien og styren, .kopolymerer av butadien og karboksylert styren,.vinylpolyacetater, karboksylerte vinylpply-acetater, kopolymerer av vinylacetat og alkylakrylat, kopoly-mere av vinylacetat og karboksylert alkylakrylat.

Bestemmelsen av innholdet i. lateksen av vannoppløselige forbindelser som er oppløst i vannfasen foregår ved. hjelp av en fremgangsmåte som er beskrevet nedenfor og som anvender egen-skapene i semipermeable membraner med høy stoppe-evne som lar forbindelsene méd liten molekylvekt passere og også i dette tilfelle, de makromolekylære karboksylerte. forbindelser, mens polymerpartiklene holdes tilbake: Man underkaster den lateks som skal undersøkes, og som har et kjent tørrstoffinnhold t^, uttrykt i prosent, en ultrafiltrering ved passasje gjennom en ultrefiltreringsenhet utstyrt med en semipermeable membran som er kommersielt tilgjengelig under betegnelsen "Iris 3538". Man bestemmer vektinnholdet av tørr-stof f t P i den første dråpen som fanges opp, uttrykt i prosent, som tilsvarer innholdet i vannfasen i lateksen.

Innholdet i lateksen av vannoppløselige forbindelser som er oppløst i vannfasen, t , uttrykt i vektprosentandeler i forhold til polymeren, er gitt ved formelen:

Tilveiebringelsen av en lateks som kan anvendes som bindemiddel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skjer vanligvis med utgangspunkt i en kjent lateks av en syntetisk polymer for anvendelse for fremstilling av vandige preparater for belegging av papir og kartong for trykking og som er fremstilt ved fremgangsmåter som i og for seg er kjent ved polymerisering i vandig emulsjon, ved å eliminere for den sistnevnte en tilstrekkelig mengde av de vannoppløselige forbindelser. Denne eliminering kan f. eks. utføres ved ultrafiltrering gjennom en semipermeabel membran. Under ultrafiltreringen vil de forbindelser som er oppløst i vannfasen gå gjennom membranen mens det samtidig finner sted en desorbsjon og en gradvis eliminering av de vannoppløselige forbindelser som er adsorbert til overflaten av partiklene i lateksen. Ultrafiltreringen kan ut-føres i en vanlig innretning som man finner i industrien.

En slik innretning er vist i den vedlagte figur og som er et vertikalsnitt. Innretningen består i hovedtrekkene av et kar 1 som inneholder lateksen som skal behandles, et kar 2 som inneholder deionisert vann, et ultrafiler 3 og en pumpe 4. Karet 2 som står i forbindelse med karet 1 sikrer tilførsel av deionisert vann gjennom ledningen 5 og den automatiske ventil 6 som påvirkes av flottøren 7 og som sørger for at det holdes et konstant nivå i badet i karet 1. Pumpen 4 sørger for at lateksen strømmer gjennom ledningen 8 mot ultrafilteret 3. Gjennom ledningen 9 som er utstyrt med en strømningsmåler 10 resirkuleres konsentratet fra ultrafilteret 3 i karet 1. En spiral 11 hvori der sirkulerer en varmeoverføringsvæske som er nedsenket i lateksen i karet 1 gjør det mulig å holde temperaturen konstant.

Ledningen 12 virker under igangsettingen av innretningen.

Innretningen omfatter likeledes stoppventiler 13, 14, 15, 16

og 17 og manometre 18 og 19.

Igangsettingen av innretningen og driften av denne skjer på følgende måte: ventilen ,14 er lukket og ventilen 13 er åpen når man setter igang pumpen 4.hvoretter man åpner ventilene 14 og 15 og lukker ventilen 13. Ved etterfølgende tilnærmelse^ regulerer man åpningen av ventilene 14 og 15 på en slik måte at man får den ønskede gjennomstrømning av lateks under det ønskede trykk, og forskjellen i trykk som angis av manometrene 18 og 19 representerer tapet i ultrafilteret 3.

For en god utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det viktig å overholde de følgende betingelser: den semipermeable membran bør ha høy stoppeevne, vanligvis mellom 5000 og 100.000, uttrykt som molekylmassen av proteinenheter i nøytralt bufret miljø,

hastigheten av passeringen av lateksen gjennom membranen '

bør være større enn 0,5 m/sek. og fortrinnsvis mellom 1 og 2 m/sek. for å unngå tilstopping samtidig som man reduser-er tapet av materiale i ultrafilteret og ved den påkjenning

som lateksen underkastes,

forskjellen i trykk på hver side av membranen bør være mellom 0,1 og 6 bar og fortrinnsvis mellom 1,5 og 3 bar, temperaturen i lateksen bør være mellom 1,5 og 3 bar, temperaturen i lateksen bør være mellom 0 og 100°C, og fortrinnsvis mellom 0 og 50°C. - mengden filtrat reduseres når vektinnholdet i lateksen av tørrstoff øker og det er derfor foretrukket å gjennomføre ultrafiltreringen med ét vektinnhold som stort sett er konstant og som vanligvis er mellom 5 og 70% og fortrinnsvis mellom 45 og 55%, eventuelt etter fortynning, spesielt i det tilfelle hvor viskositeten i lateksen er meget høy,

stans av innretningen bør følges av en vaskesyklus med tilstrekkelig rent vann til å hindre reversibel tilstopning og destruksjon av membranen.

I de tilfeller hvor lateksen har en utilstrekkelig mekanisk stabilitet for å kunne underkastes ultrafiltreringsbehandling. uten at det dannes agglomerater, kan man gå frem ved på forhånd å bringe lateksen til en alkalisk pH-verdi som vanligvis ligger mellom 7,5 og 9,5. Ved slutten av ultrafiltreringen kan lateksen konsentreres, hvis der er behov for dette, inntil den har et innhold av tørrstoff som passer for den påtenkte anvendelse.

De følgende eksmepler skal illustrere oppfinnelsen.

Eksemplene 1- 14:

Eksemplene 1, 3, 5, 7, 9, 11 og 13 er gitt for sammenligningens skyld. Eksemplene 2, 4, 6, 8 10, 12 og 14 er eksempler ifølge oppfinnelsen. Man fremstiller vandige belegningsforbindelser og påfører disse på et papir ved hjelp av en luftbladsbelegger i en tykkelse på 20 g/m 2, uttrykt i tørrstoff, for hver av de nevnte forbindelser. Man anvender papir på 54 g/m 2 i eksemplene 1 - 6 og på 70 g/m 2 i eksemplene 7 til 14. Papiret som er belagt på denne måten tørkes i en tunnelovn ved en temperatur på 100°C hvoretter det underkastes landrering som består av fire etterfølg-ende passeringer mellom to sylindre under et trykk på 80 kg/cm.

Etter tørring og kalendrering kondisjoneres det belagte papir ved en temperatur på 20°C i en atmosfære med en fuktighet på 65% hvoretter det undersøkes med hensyn på motstand mot tørr-rivning og våtrivning ved hjelp av følgende metoder:

Motstand mot tørr- rivning:

Denne bestemmes ved hjelp av apparatet IGT som er fremstilt av "Institut fur Grafische TEchnik" hvor man bringer papiret i kontakt med en fargevalse hvor man regulerer trykket på papiret til en valgt verdi og hvor man øker hastigheten til man kan se en begynnende rivning av det pålagte belegg. Motstanden mot.tørr-rivning bestemmes av verdien av den hastighet som tilsvarer begynnelsen på rivningen. Man anvender en kommersielt tilgjengelig trykkfarger "3805".

Motstand mot våtrivning:

Denne bestemmes likeledes ved hjelp av apparatet IGT, men trykk-ingen utføres med en belagt papirprøve som på forhånd er blitt påført en tynn vannfilm. Motstanden mot våtrivning bestemmes visuelt ved sammenligning med andre prøver. Man anvender den kommersielt tilgjengelige farge "3801". REsultatene er uttrykt på en skala som går fra 0 til 10 og verdien O korresponderer med et papir som har en meget dårlig motstand og verdien 10 med et papir som har en meget god motstand.

Tabell I nedenunder angir f. eks. de vandige latekser som er anvendt som bindemidler, typen polymer som de består av og innholdet av vannløselige forbindelser oppløst i vannfasen i vekt-deler i forhold til polymeren.

Lateks B, D og F som er anvendt i eksemplene ifølge oppfinnelsen tilveiebringes henholdsvis med utgangspunkt i lateks 'A, C og E, med 50 vekt-% tørrstoff som anvendes i de sammenlignende eksempler ved å underkaste sistnevnte den ultrefiltreringsbe-handling som er forklart ovenfor. Denne behandling anvendes på lateksen fra eksemplene 2, 4 og 6 og på lateksene fra eksemplene 8, 10, 12 og 14 etter at disse på forhånd har blitt bragt til et vektinnhold på tørrstoff på 30% og pH 8 ved til-setning av en vandig ammoniakalsk løsning.

Ultrefiltreringen utføres ved hjelp av en innretning som danner en ultrafiltreringsoverflate på 0,7 m 2 utstyrt med en membran med stoppeevne på 20.000 av typen "Iris 3538". Den mates med en pumpe som kan gi 6 m 3/time under et trykk på 3 bar. Under ultrafiltreringen holdes innholdet i lateksen av tørrstoff konstant ved hjelp av deionisert vann.

Tabell 2 nedenunder angir for hvert eksempel ifølge oppfinnelsen ultrafiltreringens varighet'.

Etter ultrafiltreringen konsentreres lateksene D og F til de har et tørrstoffinnhold på 50%. Etter at innretningen er tømt, vaskes den med vann. Man konstaterer at tilstopningen av membranen er lik null.

Tabellen 3 og 4 nedenunder angir arten og vektinnholdet av de faste bestanddeler i belegningspreparatene i hvert eksempel. De angir likeledes vektinnholdet i tørrstoff og man har just-ert for forbindelsene som er bragt til en pH på 8,5 ved til-sats av ammoniakk.

Tabellene 5 og 6 nedenunder angir resultatene man har fått i dette eksempel.

Man ser at lateks B, D og F anvendt som bindemidler ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gir de belagte papirer ifølge oppfinnelsen en motstand mot tørr-rivning og våtrivning som er bedre enn det man får med papirer som er belagt ved hjelp av vandige forbindelser som inneholder lateksene A, C og E.

Claims (8)

1. Papir og kartong egnet for betrykning og med forbedret motstandsevne mot våt- og tørrivning ved at det er påført et beleggspreparat som som bindemiddel inneholder en vandig lateks av en syntetisk polymer, .karakterisert ved at mengden i lateksen av vannoppløselige forbindelser, oppløst i den vandige fase, er under 0,5 vekt-%, beregnet på polymeren.

2. Fremgangsmåte for fremstilling av papir og kartong med forbedret motstandsevne mot våt- og tørrivning ved på-føring på papir og kartong av et beleggspreparat som som bindemiddel inneholder en vandig lateks av et syntetisk polymer, karakterisert ved at det som lateks anvendes en hvis mengde av vannoppløselige forbindelser, oppløst i den vandige fase, er under 0,5 vekt-%, beregnet på polymeren.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at polymeren velges fra gruppen som består av kopolymer av butadien og styren, kopolymerer av butadien og karboksylert styren, vinylpolyacetater, karboksylerte vinylpolyacetater, kopolymerer av vinylacetat og alkylakrylat, og kopolymerer av vinylacetat og karboksylert alkylakrylat.

4. Fremgangsmåteifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at lateksen tilveiebringes med utgangspunkt av en lateks av en syntetisk polymer fremstilt ved kjente fremgangsmåter ved polymerisering i vandig emulsjon ved å eliminere fra sistnevnte en tilstrekkelig mengde av de nevnte vannoppløselige forbindelser.

5. Fremgangsmåte ifølge kravene 2-4, karakterisert ved at elimineringen av de nevnte vannopp-løselige forbindelser utføres ved hjelp av ultrafiltrering gjennom en semipermeabel membran.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det anvendes en membran som har en stoppevne på mellom 5000 og 100.000 uttrykt som molekylmasse av proteinenheter i nøytralt bufret miljø.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at man utfører ultrafiltreringen med et vektinnhold i lateksen på tørrstoff som stort sett ligger mellom 5 og 70% og fortrinnsvis mellom 45 og 55%.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 5-7, karakterisert ved at lateksen etter ultrafiltreringen konsentreres til den har et innhold på tørrstoff som passer for den påtenkte anvendelse.