NO160286B - Fremgangsmaate ved belegging av papir. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse- vedrører en fremgangsmåte ved belegging av papir med lateksbaserte beleggsammensetninger. Oppfinnelsen angår mer spesielt en fremgangsmåte for oppnåelse av et lysere og mer opakt belagt papir..

For å tilveiebringe gode trykkingsdverflater

er det normalt å belegge papir med vandig-baserte sammen-setninger som er formulert for dette formål. Blant sammen-setningene som har vært benyttet er belegg omfattende vesentlig en større del av et mineralsk eller organisk pigment og en mindre del av et bindemiddel i form av en lateks av en filmdannende polymer. Passende pigmenter har inkludert findelt leire, kalsiumsulfoaluminat også kjent som satin-hvitt, oksyder av titan, aluminium, silisium og zink, kalsiumkarbonat og mikropartikler av polymerer med høyt mykningspunkt og som er uoppløselige i bindemidlet.

Egnede bindende polymerer har vært de som er filmdannende ved omgivelsestemperaturer og høyere. Belegget spredes over.papiroverflaten ved hjelp av en valsebestryker, kniv,

luftkniv, børste eller andre kjente midler, hvoretter det tørkes.

Tørkingen av det belagte papir har vanligvis involvert oppvarming av papiret i en tilstrekkelig høy temperatur til å fordampe vannet og bevirke koalescering av de polymere bindemiddel-partikler. Partiklene av bindemiddel-polymeren vil koalescere når de tørkes over den minste filmdannende temperatur (MFT) for polymeren. Oppvarming kan utføres ved å føre det belagte papir gjennom en varmluftsirkulasjonsovn eller ved å bringe det i kontakt med overflatene på oppvarmede valser, eller begge deler. Det er også kjent å tørke belegget ved en temperatur under den minste filmdannende temperatur for binde-middelpartiklene for å unngå koalescering av disse partikler og deretter underkaste det tørkede belegg for en varm-kalandreringsbehandling for å bevirke koalescering av partiklene og gi papiret en blank overflate. For flere detaljer angående de nevnte metoder vises det til U.S.-patenter nr. 3.399.080 og 3.873.345 og TAPPI (Technical Association of the Pulp and Paper Industry) Monographs 7,

9, 20, 22, 25, 26, 28 og 37. Mens belegg av akseptabel opasitet og hvithet eller lyshet kan oppnås ved hjelp av disse kjente metoder, er det ønskelig å oppnå belegg, hvori disse og andre egenskaper er forbedret. Forbedring av trykk-farvemottagelighet og glans er f.eks. også alltid like aktuelt innen industrien.

Det er nu funnet at forbedring i hvithet, opasitet og andre egenskaper kan oppnås med ekvivalent beleggvekt i et papirbelegg inneholdende en lateks av en filmdannende polymer som bindemiddel og et pigment ved hjelp av en fremgangsmåte omfattende spredning av et tynt lag av beleggsammensetraingen over en papirhane ved hjelp av en av de kjente metoder, tørking av belegget under betingelser som er tilpasset til å hindre koalescering av polymerpartiklene i lateksen under tørketrinnet og deretter utsette det tørkede belegg for en behandling som skal bevrike koalescering av polymerpartiklene i lateksen uten å utsette belegge* for en komprimerende kraft eller en trykkpåvirkning.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte ved belegging av papir hvor man på papiret påfører et vannbasert papirbelegnings-materiale bestående vesentlig av en mindre mengde av en lateks av en filmdannende polymer, som omfatter kopolymeri-sasjonsproduktet av 0-60 vekt-% av en C4~C6 konjugert diolefin, 99 , 9-40 vekt-%: av en styren og 0,1-5. vekt-% av en umettet C-^-Cg mono- eller dikarboksylsyre; og en større mengde av et pigment, tørker belegget ved en temperatur under den minimum filmdannende temperatur for polymeren i latekanog under betingelser som er tilpasset for å hindre koalescering av polymerpartiklene i lateksen, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at man deretter oppvarmer det tørkede belegg ved, en temperatur som i det minste er så høy som polymerens minimum filmdannende temperatur uten å utsette det tørkede belegget for komprimerende krefter.

Ved en slik fremgangsmåte oppnås ekvivalente optiske egenskaper ved en redusert beleggvekt, eventuelt høyere papirstivhet ved ekvivalent beleggvekt (fordi belegget er mer voluminøst) og høyere ukalandrert glans. Høyere ukalandrert glans betyr at mindre kalandrering er nødvendig når økning i glans er ønsket, hvilket igjen betyr mindre tap i opasitet ved glans-kalandrering fordi tap av opasitet øker ettersom mengden eller graden av kalandrering økes. De sluttlige oppnådde belegg er også kjennetegnet ved god nappingsmotstand.

Koalescering av bindemiddel-polymerpartiklene i lateksen hindres under tørkeprosessen ved å holde temperaturen under den minste filmdannende temperatur (dvs. MFT) for bindemiddelpolymeren. Etter at tørketrinnet er fullført, initieres som nevnt koalesceringen av disse partikler ved oppvarming av belegget ved en temperatur over MFT for bindemidlet. For å oppnå fordelene ved foreliggende oppfinnelse må anvendelse av kompresjonskrefter, f.eks. kalandrering, unngås mens man utfører koalesceringstrinnet. Ved koalescering vil polymerpartiklene ikke bare smelte sammen med hver-andre, de vil også bindes med de andre komponentene i belegg-sammensetningen og med papirsubstratet.

Benyttede latekser er som nevnt kopolymerer av 0-60 vekt-% av en C4-Cg konjugert diolefin, 99,9-40 vekt-%

av en styren og 0,1-5 vekt-% av en C-^-Cg mono- eller dikarboksylsyre, idet det totale antall prosentandeler er 100. Det totale faststoffinnhold i lateksene bør være over 20 vekt-% og normalt ca. 50 vekt-% eller mer før sammen-blanding .

I tillegg til pigmentet og lateksbindemidlet

kan de vanlige og kjente andre additiver inkluderes i papirbeleggsammensetningen etter behov. Således kan man inkludere mindre mengder dispergeringsmidler, f.eks. natrium-heksametafosfat, andre bindemidler, f.eks. stivelser og proteiner, viskositetsmodifiserende midler, f.eks. natrium-polyakrylat, skumreduserende midler, pH-modifiserende mid-

ler og andre filmdannende latekser, osv.

Følgende, eksempler ilustrerer oppfinnelsen ytterligere. I disse eksempler er alle delangivelser gitt etter tørrvekt med mdindre annet er angitt.

Lysspredningskoeffisientene (LSC) ble beregnet under anvendelse; av Kubelka-Munk teorien, ut fra refleksjonsmålinger foretatt ved en bølgelengde på 458 nm over en sort bakgrunn og over en bakgrunn med kjent reflek-sjonskoeffisient. En beskrivelse av metoden og av korrek-sjonen for refleksjomskoeffisienten for polyesterfilm er gitt i J. Borch og P. Lepoutre, TAPPI 61 (2) 45 (1978). Lys-spredningskoeffisientene er uttrykt som enheter av resiprok beleggvekt, slik det er vanlig innen papirteknikk. Jo høyere LSC-verdien er, jo høyere er opasiteten ved en gitt beleggvekt.

Lyshet er refleksjonskoeffisienten for et uendelig tykt belegg ved en bølgelengde på 458 nm. Den er ikke målt, men beregnet ut fra lyssprednings- og lysabsorb-sjonskoeffisienten for belegget - se J.V. Robinson, TAPPI 58 (10) 152 (1975).

Opasiteten bestemmes ved TAPPI Standard Metode T425.

75° glans bestemmes ved TAPPI Standard Metode T480.

Eksempel 1

En beleggsammensetning bestående av 100 deler mekanisk delaminert leire (alfaplate) og 20 deler av en lateks av en karboksylert kopolymer av 22 deler butadien og 76 deler styren med en MFT på 42°C og en midlere partikkel-størrelse i området 150 nm - 200 nm, ble spredt ved hjelp av en trådomviklet stav utover papiroverflaten i en mengde på 20 g/m 2 papir. Det belagte papir ble tørket ved romtemperatur, dvs. under MFT for polymeren og opaciteten for det belagte papir ble bestemt. En del av det tørkede papir ble oppvarmet i en ovn i 5 minutter ved 100°C, dvs. over MFT for polymeren for å bevirke koalescering av polymerpartiklene mens en annen del ble ført gjennom en glans-kalandreringsinnretning ved et trykk på 90 kN/m og en temperatur på 150°C for å tørke belegget og bevirke koalescering ved trykk og varme. Arkene var i kontakt med varmvalsen på glans-kalanderen i ca. 5 sekunder. Etter avkjøling ble opasiteter bestemt for de varmebehandlede belegg. Resultatene er angitt i nedenstående tabell I.

Disse resultater viser at en betydelig forbedring i opasitet oppnås ved å unngå kalandrering under varmebehandlingen.

Eksempel 2

En rekke belegg bestående av 100 deler mekanisk delaminert leire og 20 deler av lateksen i eksempel 1, ble spredt utover polyesterfilmer i en mengde på 30 gram belegg pr. m 2 film og tørket ved romtemperatur. De tørre belegg ble deretter oppvarmet i en ovn.- holdt ved 45, 52 og 90°C for å bevirke koalescering av polymerpartiklene. Lysspredningskoeffisienter ble bestemt etter forskjellige oppvarmingstider. Resultatene er gitt i tabell II og viser virkningen av økning i tid og temperatur for oppvarmingstrinnet.

Eksempel 3

En rekke beleggsammensetninger ble fremstillet ved blanding av mekanisk delaminert leire med forskjellige mengder av den karboksylerte polymerlateksen i eksempel 1. Hvert belegg b^e spredt utover polyester-flimer i en mengde på 30 g/m film og tørket. En prøve av hvert belegg ble tørket ved romtemperatur. En annen prøve av hvert belegg ble tørket ved romtemperatur og deretter oppvarmet i 10 minutter i en ovn ved 90°C mens en tredje prøve av hvert belegg ble tørket ved anbringelse på en varm plate holdt ved 90°C. Bestemmelser av lyshet, LSC og 75° glans ble deretter foretatt på hvert belegg. Resultatene er angitt i nedenstående tabell III og viser virkningen av variasjon i leire/polymer-forholdet. De viser også stor forbedring i lyshet, 75° glans og lys-spredningskoef f isient oppnådd ved tørking under MFT for polymeren før utsettelse for en temperatur over dens MFT uten kalandrering, sammenlignet med de resultater som ble oppnådd med den konventionelle prosess, dvs. ved tørking av belegget ved en temperatur som er over polymerens MFT.

Eksempel 4

En beleggsammensetning ble fremstillet ved

å blande 20 deler av lateksen fra eksempel 1 med 100 deler av den delaminerte leire. Sammensetningen ble spredt utover en polyesterfilm i en mengde på 30 g/m 2 film, tørket ved romtemperatur og lysspredningskoeffisienten for belegget ble målt ved en bølgelengde på 458 nm. Belegget ble deretter utsatt for benzendamper i en lukket beholder i to timer ved romtemperatur. Etter fjerning fra beholderen ble de kondisjonert i en uke ved romtemperatur og trykk, og deretter ble LSC for belegget igjen målt. Resultatene er angitt i tabell IV og viser den store økning i LSC-verdien som oppnås ved koalescering av polymerpartiklene uten kalandrering ved utsettelse for et oppløsningsmiddel.

Eksempel 5

To sett beleggsammensetninger ble fremstillet fra to karboksylerte polystyrenlatekser -

"LYTRON^ 2102 og 2203" ved tilsetning til prøver av en 60% dispersjon av delaminert leire i vann av 5, 10, 20, 30 og 40 deler av disse latekser. De midlere partikkelstørrelser for disse latekser var omkring 100 nm og 200 nm og hver polymer hadde en glassovergangstemperatur på 100°C. Beleggene ble spredt utover polyesterfilmer i mengder på 30 g/m<2 >film og de belagte filmer ble tørket ved romtemperatur. Lysspredningskoeffisienter ble deretter målt på disse belegg.

Beleggene ble deretter oppvarmet i 5 minutter i en ovn holdt ved 150°C, hvoretter lysspredningskoeffisientene for beleggene igjen ble bestemt. Resultatene er angitt i tabell. V og viser den store økning i opasitet som oppnås ved koalescering av polymerpartiklene ved foreliggende fremgangsmåte. Resultatene illustrerer også virkningen av partikkelstørrelse på forbedring av opasitet.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte ved belegging av papir hvor man på papiret påfører et vannbasert papirbelegnings-materiale bestående vesentlig av en mindre mengde av en lateks av en filmdannende polymer, som omfatter kopoly-merisasjonsproduktet av 0-60 vekt-% av en C^-Cg konjugert diolefin, 99,9-40 vekt-% av en styren og 0,1-5 vekt-% av en umettet C-^-Cg mono- eller dikarboksylsyre; og en større mengde av et pigment, tørker belegget ved en temperatur under den minimum filmdannende temperatur for polymeren i lateksen og under betingelser som er tilpasset for å hindre koalescering av polymerpartiklene i lateksen, karakterisert ved at man deretter oppvarmer det tørkede belegg ved en temperatur som i det minste er så høy som polymerens minimum filmdannende temperatur uten å utsette det tørkede belegget for komprimerende krefter.