NO760353L - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en trykkfarve for avistrykk,

fremstillet ved anvendelse av høytrykks fremgangsmåten.

Tidligere anvendte trykkfarver for avistrykk består vanligvis av et pigment, f.eks. sot og et "bindemiddel"

som harpiksbek oppnådd av talloljedestillering i et flytende medium, som vanligvis utgjøres av en mineralolje. Det overnevnte "bindemiddel" har imidlertid ingen egentlig bindefunk-sjon, men er et over flateaktivt middel som tjener til å holde pigmentpartiklene dispergert i mineraloljen og gi trykkfarven egnet konsistens. Grunnen til at det udefinerbare "harpiksbek" er u-tnyttet som dispergeringsmiddel er at det er billig. Det har imidlertid visse ulemper ved anvendelse.i trykkfarver for avistrykk som en viss avsmitning av farven på tilgrensende papiroverflater og gjenstander som kommer i berøring med trykket.

Overnevnte ulempe nedsettes i henhold til oppfinnelsen ved at harpiksbek erstattes med et kationaktivt overflateaktivt middel. Derved, bindes trykkfarven bedre til papirets overside og avsmittingen reduseres vesentlig. Disse forbedrede egenskaper med hensyn til avsmitning kan forklares ved kolloid-kjemiske endringer i trykkfarven ifølge oppfinnelsen. Trykkfarve

består av en suspensjon av pigmentpartikler i et flytende or-ganisk medium, dvs. mineraloljen. Denne,suspensjon må forbli stabil for at aggregasjon av pigmentpartiklene med etterfølg-ende dannelse av- klumper i trykkfarven skal hindres. Sotpartikler har hydroksyl-'og karboksylsyregrupper på overflaten og disse i ionisert form. gir grunn til et negativt overflatepotensial hos partiklene. Harpiksbek består av et derivat av harpikssyrer, som i ionisert form også er negativt ladet. Både på grunn av sine egne overflateegenskaper og ladningsegenskaper hos adsorberte harpiksbekmolekyler ventes sotpartikler å vise en negativ potensial også i trykkfarve. Videre er cellulose- .. .fibre negativt oppladet i vannholdig miljø, som avispapir med et fukteinnhold på ca. 8% ved trykning. Da således b.åde papir og pigmentpartikler som skal bindes til papiret har et negativt overflatepotensial, oppstår avstøpning mellom partiklene i det på papiret oppnådde trykk og-fibrene i.papiret, hvilket fører til at vedhengningen mellom pigmentpartikler og'papir blir dårlig.

Denne vedhengning mellom.'.papir og pigmentpartiklene økes ved anvendelse av trykkfarven ifølge oppfinnelsen, som beror på at pigmentpartiklenes adsorpsjon på papiret forbedres når potensialet hos pigmentpartiklenes overflate endres til en positiv verdi, hvorved det oppstår en tiltrekning mellom par-tikler og papirfibre.

Oppfinnelsen vedrører en høytrykks farve av ikke-tørkende type. Trykkfarveblandinger inneholdende aminer har forekommet, men i disse farver anvendes aminene for å danne tverrbundne nettverk med andre tilsetninger, f.eks. aldehyder eller'syrer, ved. polymerisasjon ved tørkning. Likeledes kan tilsetninger av aminer og aminderivater gjøres for å nedsette farverykning.

Et. positivt overflatepotensial hos' pigmentpartiklene fåes i trykkfarven ifølge oppfinnelsen ved at de vanlige trykkfarver utnyttede harpiksbek erstattes med et kationaktivt overflateaktivt stoff eller en blanding av slike kationaktive stoffer. De kationaktive stoffer skal være oppløselige i det flytende organiske medium, som er valgt for trykkfarven, dvs. 'vanligvis en mineralolje. Det kationaktive. stoff bør således omfatte en hydrokarbonkjede, en aromatisk ring eller en kombinasjon herav. Også et polymert kåtionaktivt stoff eller et amfotært overflateaktivt stoff i kationisk tilstand kan anvendes, forutsatt at den er oppløselig i mineraloljen.

Fra kommersielt synspunkt er organiske aminer de mest økonomiske kationaktive overflateaktive stoffer og inte-ressen er i første rekke konsentrert på disse.

Det er for fagfolk klart at egenskapene hos kationiske overflateaktive midler har visse felles egenskaper som fremgår,av følgende beskrivelse.

Kationiske overflateaktive stoffer kan karakteri-seres med en formel av typen R, R2-..Rn X<+>, hvor i det minste en av R-gruppene består av en aromatisk eller alifatisk hydro- karbongruppe eller en kombinasjon av begge, n betegner et helt tall og X er en kationisk gruppe som nitrogen, fosfor, arsenikk, antimon. Stoffene kan således f.eks..utgjøres av

+ +

R-^, R2, R^j RjjiAs arsonium, . R-^, R2, R^, R^, Sb, idet den kationiske gruppe kan inngå i et aromat eller i en polycyklisk ring.

Gruppen R^kan utgjøres av en rettlinjet eller for-grenet mettet alkylkjede med mellom 2 og 35 karbonatomer, f.eks. heksyl<C>gH12, decyl C2_oH21 dodecyl ^12H23 ' stearyl ci7H35 > eller umettet alkylkjede, f. eks. oleyl C-^H-^, linoleyl ^^ J^^ l eller av en aryl- eller alkylarylgruppe, som fenyl CgHg-, nonyl-fenyl C^^CgH^.

Gruppene R2R-^ Rn kan være av samme type som R^, eller en annen kjemisk' gruppe ' som hydrogen H-, polyoksyetylen-oksydmonoglykoletere, -(CH20)n -H, hydroksy - OH, osv.

Eksempler på■egnede kationiske stoffer er cetyltrimetylammoniumbromid, kationisk lignin (f.eks. fra Westraco Inc.), etanolamin og andre aminer, tetradecyltrimetylammoniumbromid med flere.

Mengden av de kationiske stoffer er dels avhengig

av hvilket stoff som er valgt og dels av pigmentmengden i trykkfarven. Den optimale•mengde' kationaktiv stoff for en gitt. trykkfarvesammensetning bestemmes lett ved utnyttelse av standardteknikk for måling av adsorpsjon. Det valgte kationiske overflateaktive midlet må adsorberes på sot, således at en minimal restmengde finnes tilbake i mediumet.. Tilbakeblivende kationisk tensid i mediumet adsorberes på cellulosefibre etter trykning og derved minskes attraksjonskreftene mellom positivt ladede sotpartikler og negativt ladede■cellulosefibre. Vanligvis gjelder imidlertid at den optimale vektmengde kationaktivt stoff vesentlig understiger den vektmengde harpiksbek som kreves for å oppnå en stabil dispersjon av pigmentpartiklene i mineraloljen. Eksempelvis kan bestemmelse av optimal mengde kationaktivt stoff for en viss trykkfarvesammensetning utføres ved at mineralolje (eller hydrokarbon), sot, i proporsjoner som ligner

forholdene i trykkfarver og forskjellige mengder kationaktivt stoff blandes sammen. Etter omhyggelig blanding, sentrifugeres sotpartiklene av i en ultrasentrifuge og deretter analyseres den overliggende væskefase med hensyn til tilbakeblivende

overflateaktivt stoff. Hvis det kationaktive stoff er et amin kan analysen med fordel skje ved hjelp av en IR-spektro-. graf. Den blanding,•som ikke'har noe gjenværende mengde kationaktivt stoff i væskefasen, gir forholdene for- den optimale tilsetning overflateaktivt kationaktivt stoff.

Trykkfarven inneholder hensiktsmessig ca. 0,8-11,5 vekt% overflateaktivt stoff, fortrinnsvis 1,3-11,5 vekt%.

En indikasjon på den optimale mengde kationaktivt stoff kan fåes-ved måling av den elektroforetiske bevegelighet for pigmentpartiklene i vann. En serie suspensjoner av sot i vann fremstilles, hver inneholdende 1 g/l sot (Regal 300 R, Cabot Carbon Ltd., Storbritannia). For - fullstendighets skyld prøves også et anionaktivt stoff på samme måte. De anvendte

overflateaktive stoffer var natriumkaprylat (anionaktiv) pg tetradecyltrimetylammoniumbromid (kationaktivt) i mengdene 50,

100, 200, 300, 500, 1000, 2000 resp. 5000 ppm. De oppnådde' suspensjoner ble rystet natten over og den elektroforetiske bevegelighet for sotpartiklene ble bestemt med anvendelse av et Rank Mark II elektroforeseapparat.

Av tegningens figur 1, som viser resultatet av målingene av den elektroforetiske bevegelighet hos pigmentpartiklene som funksjon av innhold overflateaktivt stoff fremgår at ved tilsetning av et anionaktivt stoff (som gir verdier sammenlignbare med verdier oppnådd for den i vanlig trykkfarve anvendte harpiksbek) ' er den elektroforetiske mobilitet for pigmentpartiklene negativ for samtlige konsentrasjoner anionaktivt stoff. Ved tilsetning av et kationaktivt stoff øker imidlertid mobiliteten fra en opprinnelig negativ verdi til positiv verdi og har et maksimum ved konsentrasjonen tilsatt kationaktivt stoff = 10 ppm. Også et ikkeionaktivt middel ble prøvd, men viste seg som ventet, ikke å påvirke den elektroforetiske mobilitet for sotpartiklene.

Den avsmitning som fåes ved trykk, forekommer vanligvis i forskjellige former, hvorav de to vanligste benevnes set-off og rub-off. Set-off utgjøres av den avsmitning som-fåes ved direkte kontakt uten gnidning kort- tid etter trykning mellom det trykte papirs overflate og tilgrensende gjenstander, som det overliggende papirs underside i en papirbunt. Rub-off utgjøres av den avsmitning som fåes når det trykte papir ut-settes for gnidning mot en annen gjenstand.

I praksis er det ønskelig å nedsette trykkover-flatenes avsmitninger for å unngå overføring av trykkfarve til vendestenger og ledevalser i trykkpressen, som på sin side av-gir trykkfarve.til ikke trykte papiroverflater, som også avsmitning på fingre og tekstiler hos avisleseren.

Avsmitningsegenskapene hos trykkfarven ifølge oppfinnelsen ble bestemt og sammenlignet med trykkfarver, dels av kommersiell type og dels inneholdende forskjellige overflateaktive stoffer. Gjennom disse forsøk, som omtales nedenfor under henvisning til tegningene, idet figur 1, som nevnt ovenfor, viser den elektroforetiske mobilitet som funksjon av innhold overflateaktivt stoff og figur 2 og figur 3 viser resultatene av målingene av rub-off resp. set-off for prøvetrykk med forskjellige trykkfarver, fremgår klart av trykkfarvene ifølge oppfinnelsen, inneholdende kationaktivt stoff, har for-bedret . resistens mot avsmitning.

På basis av resultatene fra de ovennevnte be-stemmelser av den elektroforetiske mobilitet ble det oppstillet

tre serier av trykkfarvekomposisjoner, hver inneholdende 13% sot, 0,13-20,7% overflateaktivt stoff samt en mineralolje av viskositet 0,36 P. De i. de tre serier•anvendte overflateaktive stoffer utgjort av natriumkaprylat (anionaktiv),"Berol 026"

(nonionaktiv) resp. tetradecyltrimetylammoniumbromid (kationaktiv). Trykkfarvene ble fremstillet ved blanding av de forskjellige ingredienser, hvorpå det ble malt to ganger i en trevalset kvern under 10 kg/cm p trykk til en partikkelstørrelse på 20-25 mikron. Partikkelstørrelsen ble bestemt' ved hjelp av et grindometer (Precision Gage and Tool Company, USA).

Av sammenligningshensyn ble det utført trykk med anvendelse av en standardpr.øvetrykkfarve fra Grafiska Forsk-ningslaboratoriet, Stockholm, som inneholder 14,10% sot ("Regal 300 R"), 20,16% harpiks ("Resin Pitch HB-SP 40/60") og mineralolje, i det følgende kalt GFL-trykkfarve, samt en kommersiell trykkfarve inneholdende 15% sot, 15% harpiks og 70% mineralolje.

I følgende tabell vises oppstillingen fra de ved prøvetrykningen anvendte trykkfarver.

Den anionaktive farve inneholder natriumkaprylat.

Den kationaktive farve inneholder tetradecyltrimetylammoriiumbromid. Den nonionaktive farve inneholder "Berpl 026".

GFL-trykkfarve inneholder anionaktiv harpiksbek.

De ovenfor omtalte trykkfarvesammensetninger ble prøvetrykket på oversiden av et vanlig avispapir ifølge Scan-P 35:72.

Deretter ble det bestemt set-off og rub-off ifølge følgende metoder:

Set-off ble bestemt ved at farven ble overført fra

en trykkplate til avispapiret og etter0,7 sekunder, fra avispapiret til et Kromcote-papirjsom er et kunsttrykkpapir og meget jevnt og med glinsende overflate. Deretter ble det målt luminansfaktoren (se nedenfor) for Kromcotepapiret før og etter trykning og det ble bestemt svertningskontrasten.

Rub-off ble bestemt ved at et stykke bomullsvev-. nad ble gnidd mot den trykte overflate med belastningen 100 g

i en gnifasthetsprøver, konstruert ved Tidningspappersbrukens Forskningslaboratorium, Stockholm. Vevens luminansfaktor ble målt før og etter gnidningen og rub-off ble beregnet som vevens svertningskontrast x 100.

Både rub-off og set-off ble bestemt ved svert-ningskontrastene 0,85 og 1,00 på avispapir.

Luminansfaktoren ble målt i et Elrepho fotometer (filter FMY/C). Svertningskontrasten for papiret ble beregnet ifølge formelen:"

idet Ræangir luminansfaktoren for et utrykt papir, målt mot en opak bunt av papiret og Rrøangir luminansfaktoren for et trykket papir målt mot en opak bunt av papiret. R og R 001ble målt mot den. trykkede side av papiret.

Svertningskontrasten øker med økende farvemengde på 'papiret. For vanlig avistrykk ligger svertningskontrasten på ca. 0,75-0,85-

Bestemmelse og beregning av svertningskontrasten for det for set-off anvendte Kromcotepapir og ved rub-off anvendte tøystykke ble utført.på lignende måte.

De ved undersøkelse av avsmitningsegenskapene oppnådde resultater for måling av rub-off vises på figur 2 og resultatene av set-off-målingene er oppstillet i figur 3-

Av figur 2, som viser rub-off målt delvis ved S = 0,85 og delvis ved S = 1,00 som en funksjon av mengder tilsatt overflateaktivt middel, fremgår at trykkfarven ifølge oppfinnelsen, som inneholder et kationaktivt stoff, gir de laveste

verdier for rub-off.

Ved S = 1,00 minsker således den opprinnelige rub-off-verdi på 9, 0 til 8,2 ved en konsentrasjon av tilsatt over-

flateaktivt stoff av 1,4% og øker deretter langsomt til 10

ved høyere mengder. Tilsvarende anionaktive stoff gir deri-

mot en økning i rub-off til en verdi på 13 ved 20% tilsatt anionaktivt stoff. Det ikkeioniske overflateaktive stoff viser likeså høye verdier for rub-off enn det kationaktive stoff, hvilket også er tilfelle for den kommersielle.trykkfarve. Ved S'= 0,85 opptrer'et lignende mønster, idet det anionaktive stoff gir en økning på rub-off med økende konsentrasjon anionaktivt stoff. Det kationaktive stoff gir først en hurtig minskning og går mot en utjevning i kurven, mens det ikkeionaktive stoff gir de høyeste rub-off-verdier. De minste rub-off-verdiene som fåes med den kationaktive farve ligger under verdiene for den kommersielle trykkfarve.

Figur 3 viser resultatene av målingene av set-off for de i tabellen angitte trykkfarver. Ved set-off-verdiene målt ved svertningskontrasten S = 1,00 fåes en minimumverdi på 0,21 for det kationaktive stoff ved en konsentrasjon på 0,8%, med en økning til 0,32 til 11,5% tilsatt overflateaktivt stoff. De ikke-ioneaktive stoffer gir høyere verdi for set-off ved S 1,00. verdien av lignende størrelsesorden som for det. kationaktive stoff ved S = 0,85. Det anionaktive stoff-forårsaker en økning av set-off opp til en tilsetning på 11,5%. Set-off for trykkfarve inneholdende det anionaktive stoff, målt ved S =

0,85 viser likeså høye verdier for trykkfarven inneholdende det anionaktive stoff i økende konsentrasjon. For tilsetning av kationaktive stoffer fåes derimot en nedsetning i set-off ved lavere konsentrasjoner, idet disse verdier.i samtlige tilfeller ligger godt under de set-off-verdier som fåes for GFL-trykkfarver og de kommersielle trykkfarver.

Av disse undersøkelser fremgår således klart at trykkfarven ifølge oppfinnelsen, som inneholder, et kationaktivt, overflateaktivt stoff, gir bedre avsmitningsegenskaper, såvel med hensyn på set-off som rub-off, ved en optimal tilsetning av det kationaktive stoff enn det som oppnås ved anionisk overflateaktivt middel eller med de vanlige kommersielle tilsetninger av anionisk harpiksbek. Dette viser at et kationisk overflateaktivt middel forbedrer farvens trykkegenskaper i denne henseende.

Det er klart at typen av kationisk overflateaktivt middel ikke er avgjørende for den her omtalte effekt. Egnede tilsethingsmengder må imidlertid bestemmes; Den optimale tilsetning kan lett bestemmes ved forsøk som nevnt ovenfor.

Øvrige.egenskaper, som er avgjørende for en trykk-farves egnethet for anvendelse ved avistrykk, som gjennomtrykk (trykket synes på det trykte papirs bakside), viskositet og farvebehov (den farvemengde som behøves for å gi en viss svertningskontrast). ble undersøkt likeledes for å gi informasjon om det overflateaktive stoffs innvirkning på disse egenskaper." Det viste seg at trykkfarven ifølge oppfinnelsen som inneholder kationaktive stoffer ikke har noen bemerkelsesverdig endring i disse egenskaper sammenlignet med en kommersiell trykkfarve. Viskositeten for trykkfarven kan således reguleres etter ønske

ved valg av kationaktivt stoff og mineralolje med egnet viskositet. En altfor lav viskositet hos oljen fører åpenbart til gjennomtrykkøkning, beroende på den økede gjennomtrengningsevne for den tynnere olje. Pigmentets gjennomtrykkskomponent på-virkes ikke nevneverdig av mineraloljens viskositet i det under-søkte intervall. Rub-off øker noe med mineraloljens viskositet, men oppnår ikke samme rub-off-verdi som for den kommersielle farve. En økning av mineraloljens viskositet fører til en økning av set-off på grunn av at farven absorberes langsommere av papiret, men ligger imidlertid for trykkfarven ifølge oppfinnelsen godt under verdiene for den undersøkte kommersielle trykkfarve. Farvebehovet kan -være noe lavere for trykning med trykkfarven ifølge oppfinnelsen, hvilket sannsynligvis beror

på den bedre vedhengning.av pigmentet til papiret. Farvebehovet er vesentlig uavhengig av viskositeten hos mineraloljen.

Trykkfarven 'ifølge oppfinnelsen kan videre inneholde andre for avistrykkf arver vanlige tilsetninger, som f. eks.- vann (i oppløst form),•oljeoppløselige tonere, voks, fettstoffer etc.

Papir trykket med trykkfarven ifølge oppfinnelsen egner seg godt for avfarvning ved gjenanvendelse da den adhe-sjonsmekanisme som binder pigmentpartiklene til papiret, er helt reversibel.

Claims (5)

1. Trykkfarvekomposisjon for avistrykk innbefattende mineralolje3pigment, dispergeringsmiddel og eventuelt vanlige tilsetninger,karakterisert vedat i trykk-farvekomposis j onen inngår som dispergeringsmiddel en. eller flere, i mineralolje oppløselige kationaktive stoffer.

2. Trykkfarvekomposisjon ifølge krav 1,karakterisert vedat den inneholder 0,8-11,5 vekt%, fortrinnsvis 1,3-11»5vekt% kationaktive stoffer.

3. Trykkfarvekomposisjoner ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat de kationaktive stoffer utgjøres av cetyltrimetylammoniumbromid, kationisk lignin, et amin og/eller tetradecyltrimetylammoniumbromid.

4. Trykkfarvekomposisjon ifølge krav 3»karakterisert vedat aminet utgjøres av etanolamin.

5. Trykkfarvekomposisjon ifølge krav 3,karakterisert vedat det kationaktive stoffer utgjøres av tetrådecyltrimetylammoniumbromid.