SE1051056A1 - Ytbehandlingskomposition och papper eller kartong innehållande en ytbehandlingskomposition - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till enytbehandlingskomposition för papper, kartong eller andrafibrösa banor varvid kompositionen innehållerstärkelsepartiklar som innehåller åtminstone ett salt.Uppfinningen hänför sig även till ett papper eller kartong som har ytbehandlats med nämna komposition.

Description

för att förbättra papperets tryckbarhet. Dessutom förbättras ytjämnheten på papperets eller kartongens yta och kontrollen av absorptionen av tryckfärg kan förbättras.

Färgämnet i färgen bör mestadels absorberas på ytan av papperet och färgens lösningsmedel bör penetrera in i papperet. Utöver dessa fördelar kan tilläggas att papperet erhåller en förbättrad "känsla".

En konventionell bestrykningssmet innehåller normalt ett oorganiskt pigment som ofta består av kalciumkarbonat och/eller lera. Andra pigment finns också, såsom t ex kiseldioxid och i sällsynta fall, organsiska pigment såsom plastpigment. Förutom plastpigment, kan smeten också innehålla ett bindemedel som består av löst stärkelse och/eller ett syntetiskt bindemedel. Exempel på vanliga syntetsiska bindemedel är styrenbutadienlatex och akrylatlatex.

Bläckstràletryckning, ställer höga krav på ett tryckpapper då färgen måste torka snabb på substratet och ändå ge hög tryckkvalitet med, t ex en hög optiskt trycktäthet, minimal avtunning och blödning och lågt färggenomslag. Under senare år har det visat sig att när kalciumklorid tillsätts multivalenta salter, såsom t.ex. till ytlimmet, fälls det applicerade färgen ut snabbt på papprets yta och tryckkvaliteten förbättras betydligt.

Detta är speciellt fördelaktigt vid bläckstråletryck.

US6207258 redogör för ett medel som är användbart för ytbehandling av ett arksubstrat för bläckstråletryck, där medlet består av salt från en divalent metall.

Multivalenta katjoner, t.ex. kalcium, tillsätts ibland till limmet eller ytbehandlingskompositionen i form av kalciumstearat. smörjmedel, som t.ex.

Kalciumkoncentrationen i t.ex. kalciumstearat är dock inte tillräckligt hög för att ge upphov till de önskade effekterna i tryckkvaliteten. Mängden kalcium måste därför vara högre än vad som traditionellt används i sådana produkter.

Ett problem med tillsatsen av multivalenta salter i bestrykning och/eller limkompositioner är att den höga saltkoncentrationen som krävs för att få önskade effekter ofta orsakar problem med reologi och oönskade utfällningar.

Detta är speciellt ett problem när man tillsätter stora mängder salt, såsom l-5 delar, till anjoniskt laddat lim, pigment eller bestrykningskompositioner. Multivalenta katjoner interagerar starkt med de normalt anjoniskt laddade polymerer eller mineraler eller tillsatser som används vid papperstillverkning. Stabiliteten hos anjoniskt laddade partiklar kan förbättras genom att t.ex. ge sterisk eller elektrosterisk stabilitet. Stora mängder elektrolyter kan dock orsaka kolloidal flockning och utfällning.

Bläckstràletryckning kan ske med olika typer av färg, antingen vattenbaserad färg, pigmenterad färg eller färg som baseras på kombinationen av pigment och vattenbaserad färg.

Stärkelse, förbättrar speciellt tvärbunden stärkelse, tryckegenskaperna på ett papper eller kartong när man trycker med vattenbaserad färg. Tvärbunden stärkelse som används i en ytlimningskomposition är beskriven i till exempel WOO302lO39. Tryckegenskaperna för pigmenterad färg förbättras genom närvaron av metallsalter.

Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att hitta en lösning på problemet med att tillsätta tillsatsämnen, såsom salter av multivalent metaller, till ytlim och/eller bestrykning eller pigmentkompositionen utan att störa kompositionens reologiska profil samtidigt som tryckegenskaperna förbättras för både vattenbaserad färg och pigmenterat färg.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet ovan och andra fördelar erhålls genom ytbehandlingskompositionen enligt föreliggande uppfinning.

Föreliggande uppfinning hänför sig till en ytbehandlingskomposition för papper, kartong eller andra fibrösa banor varvid kompositionen innehåller stärkelsepartiklar som innehåller åtminstone ett salt.

Det åtminstone ena saltet är företrädesvis inkapslat i stärkelsepartikeln. På detta sätt är det möjligt att öka mängden tillsatt salt till en ytbehandlingskomposition och även till ytan av ett papper eller kartong.

Det åtminstone ena saltet är företrädesvis ett salt av en multivalent metall, såsom en divalent eller trivalent metall. Saltet är företrädesvis ett kalcium, magnesium eller aluminium salt, företrädesvis kalciumklorid eller polyaluminiumklorid.

Stärkelsen är företrädesvis tvärbunden stärkelse. Genom att använda tvärbunden stärkelse i en ytbehandlingskomposition är det möjligt att utsätta kompositionen och/eller stärkelsen för förhöjda temperaturer utan att lösa upp hela mängden stärkelsepartiklar. På detta sätt tenderar stärkelsepartiklarna att stanna på ytan av det behandlade papperet eller kartongen och absorberas således inte in i papperet eller kartongen. Detta förbättrar papperets eller kartongens tryckegenskaper. En annan fördel med den tvärbundna stärkelsen är att absorption av det tryckta färgen förbättras. Det är viktigt att färgämnet i färgen till största del absorberas och bibehålls på ytan av papperet och att lösningsmedlet, dvs vatten eller färglösningsmedlet, snabbt frigörs av kompositionen och absorberas av papperet. På grund av den förbättrade absorptionen av kompositionen är det också möjligt att öka mängden färg som tillsätts till papperet eller kartongen.

Papperet eller kartongen är således inte lika känsligt för stora mängder färg, vilket gör det möjligt att förbättra kvaliteten på tryck som kräver stora färg mängder, såsom bilder. Några lösningsmedel för färg kräver tvärbundna polymerer för att fungera på rätt sätt.

Stärkelsen är företrädesvis tvärbunden med en eller flera komponenter valda från gruppen som består av metylaminföreningar, polyvalenta syror, polyvalenta syraestrar, polyvalenta syrahalider, polyvalenta syraanhydrider, polyaldehyder, polyepoxider, polyisocynater, divinylföreningar, fosforylklorid, polyamine polyepoxidharts, 1,4-butadien diolglycidyleter, epiklorohydrin, trimetafosfater, blandningar av anhydrider av ättiksyra och två och tre protonsyror, natriumhypoklorit eller blandningar därav.

Kompositionen innehåller företrädesvis stärkelsepartiklar i en mängd av mer är 65 vikts-% och åtminstone 10 vikts-% av stärkelsen i kompositionen består av stärkelsepartiklar i hela temperaturområdet av 20-50°C. Både bulk och styvhet hos det behandlade papperet eller kartongen förbättras när stärkelse i form av partiklar är närvarande i kompositionen.

Kvoten mellan saltet och stärkelsen i kompositionen är företrädesvis mellan 1:50 till 1:5. Det finns en optimal mängd av både stärkelse och salt i kompositionen. Mer eller mindre stärkelse respektive salt kommer att försämra papperets eller kartongens tryckegenskaper.

Kompositionen innehåller företrädesvis löst stärkelse.

Den lösta stärkelsen kommer att fungera som ett bindemedel för kompositionen.

Kompositionen kan också innehålla ett tillsatsämne, företrädesvis ett anjoniskt eller amfotert tillsatsämne som kommer att modifiera stärkelsepartiklarna. På detta sätt är det möjligt att ändra laddningen på partiklarna vilket gör dem mer stabila och mer kompatibla med andra tillsatsämnen eller med fibrerna.

Uppfinningen hänför sig även till ett papper eller kartongprodukt innehållande ett ytskikt med en ytbehandlingskomposition såsom beskrivits häri.

DETALJERADE BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ytbehandlingskompositionen enligt föreliggande uppfinning innehåller stärkelsepartiklar som kapslar in åtminstone ett salt. Saltet kan sägas vara fångad i stärkelsepartikeln.

Användning av sådana partiklar i en ytbehandlingskomposition förbättrar tryckegenskaperna för både vattenlösliga och pigmentbaserade färger. En sådan komposition minskar problemen med reologi och viskositet som förknippas med tidigare kompositioner innehållande så hög koncentration av salter som uppfinningskompositionen.

Högre saltkoncentrationer i en ytbehandlingskomposition kan alltså användas utan att orsaka problem med reologi och viskositeten.

Genom tillsatts av ytbehandlingskompositionen enligt uppfinningen till en yta av ett papper eller kartong är det möjligt att öka mängden salt på ytan av papperet eller kartongen samtidigt som mängden salt, sett till hela papperet eller kartongen, ökar jämfört med tidigare lösningar. Detta är på grund av att ytbehandlingskompositionen och således även saltet i kompositionen till större del bibehålls på ytan av papperet eller kartongen. Det tillsatta saltet adsorberas således inte in i papperet eller kartongen vilket gör det möjligt att minska mängden tillsatt salt och ändå erhålla önskad mängd salt på ytan och således även goda tryckegenskaper.

En annan fördel med föreliggande ytbehandlingskomposition är att den förbättrar tryckegenskaperna hos ett papper eller kartong då färgämnet i färgen som trycks absorberas på ytan och absorberas således inte av det behandlade papperet eller kartongen.

Den tvärbundna stärkelsen kommer att absorbera färgen och eftersom stärkelsen tillsätts och kvarhålls på ytan av papperet och kartongen kvarhålls således också färgen på ytan och absorberas inte ytterligare in i papperet eller kartongen. Färgen kommer dessutom i kontakt med det inkapslade saltet då stärkelsepartiklarna kommer att absorbera färgen och färgen kommer då att komma i kontakt med saltet inuti stärkelsepartikeln. Detta förbättrar även tryckbarheten då färgen absorberas på ytan av papperet eller kartongen. På detta sätt är ytbehandlingskompositionen lämplig för både vattenlösliga och pigmentbaserade färger.

Kompositionen innehåller företrädesvis även löst stärkelse. Den lösta stärkelsen kommer att fungera som ett bindemedel. Som en följd av att den lösta stärkelsen kommer kompositionen även innehålla löst salt som frigörs när stärkelsen löses upp. Det lösta saltet kommer att förbättra tryckegenskaperna på det behandlande papperet eller kartongen på samma sätt som metallsalter som används enligt tidigare lösningar, dvs som när salt tillsätts som en separat komponent till en pappers eller kartong yta. Det lösta saltet kommer också minska kompositionens viskositet vilket gör det möjligt att öka torrhalten på kompositionen.

Ytbehandlingskompositionen kan ses både som en ytlimningskomposition och en bestrykningssmet.

Ytbehandlingskompositionen enligt uppfinningen innehåller företrädesvis både löst stärkelse såväl som stärkelsepartiklar. Kompositionen ger det behandlade papperet eller kartongen följaktligen både limnings- och bestrykningsegenskaper.

Saltet är företrädesvis ett salt av en multivalent metall, såsom ett divalent eller trivalent metallsalt, till exempel kalcium, magnesium eller aluminiumsalt, som tillsätts. Det är föredraget att använda kalciumklorid eller polyaluminiumklorid. Användning av partiklar innehållande multivalenta metallsalter enligt uppfinningen gör det möjligt att dosera en högre koncentration av mulitvalenta metallsalter till en limnings eller bestrykningskomposition utan att negativt påverka kompositionens reologi. På detta sätt kan tryckbarheten på det limmade eller bestrukna papperet eller kartongen förbättras. Användning av partiklar enligt uppfinningen kan dessutom reducera koncentrationen av fria anjoner av multivalent salt, t ex en kloridjon, i kompositionen varvid risken för korrosion reduceras.

Stärkelsepartikeln är företrädesvis tvärbunden. De torra stärkelsepartiklarna är företrädesvis av en storlek mellan 1-l000 um, mer föredraget mellan l-100 um. Det är föredraget att stärkelsepartikeln är en tvärbunden stärkelsegel. Vid ingen eller väldigt låg grad av tvärbindning upplöses stärkelsen om en lösning innehållande stärkelse upphettas. Vid en högre grad av tvärbindning minskar mängden stärkelse som upplöses. Stärkelsen som används enligt uppfinningen kan ha olika grad av tvärbindning. Från en relativt låg grad av tvärbindning, vid vilken ungefär lO vikts% (av total vikt av kompositionen) av stärkelsen föreligger som fasta partiklar vid en temperatur av ungefär 20 till 50 °C och resten av stärkelsen utgör ett bindemedel i löst form, till en hög grad av tvärbindning varvid ungefär 100% av stärkelsen föreligger som fasta partiklar i temperaturområdet givet ovan.

Det är föredraget att åtminstone 15%, företrädesvis åtminstone 20 vikts% (av total vikt av kompositionen) av stärkelseinnehållet av kompositionen vid ungefär 20 till 50°C består av stärkelsepartiklar enligt uppfinningen. Det bör noteras att det som precis har sagts inte är en motsägelse till att mer än 65 vikts% (av total vikt av kompositionen) av torrhalten bör vara stärkelsepartiklar, givet att kompositionens fastapigment i huvudsak endast består av dessa stärkelsepartiklar eller att den endast innehåller mycket små mängder av andra typer av pigment.

Oberoende av graden av tvärbindning kan kompositionen även innehålla andra typer av löslig stärkelse eller några syntesiska polymerer för att erhålla en tillräcklig mängd bindemedel och ytterligare förbättra tryckegenskaperna.

Exempel på sådan polymerer är styrenakrylat, styrenmaleinsyraanhydrid, polyvinylalkohol, polyvinylpyrrolidon, polyvinylformamid.

Stårkesen kan också vara tvärbunden framgenterad stärkelse.

Stärkelsen är företrädesvis baserad på potatis, majs, vete, waxy majs, ris eller tapioka. Stärkelsen kan vara oladdad eller laddad, till exempel anjonisk, katjonisk eller amfoter.

I syfte att ytterligare förbättra de ovan nämnda egenskaperna på papperet, t ex tryckbarheten, kan stärkelsen dessutom modifieras. Stärkelsen kan modifieras för att fungera som katjonaktiv, anjonaktiv, amfoter eller hydrofobisk. Katjonisk tvärbunden stärkelse kan reagera bättre med vattenbaserade färger som är anjoniska.

Stärkelsen uppvisar företrädesvis en substitutionsgrad av 0.01-0.30 och mer företrädesvis 0.02-0.20. Oladdad stärkelse kan dock också fungera enligt uppfinningen.

Enligt en sida av uppfinningen kan ytbehandlingskompositionen också innehålla en liten mängd andra pigment i form av fasta partiklar. Sådana pigment kan t ex bestå av kalciumkarbonat, lera, kiseldioxid och/eller aluminiumoxid. Det är dock också möjligt, och i många fall ll föredraget, att det fasta innehållet av kompositionen i huvudsak endast består av stärkelsepartiklarna enligt uppfinningen. Kompositionen kan också innefatta ytaktiva ämnen.

Kompositionen kan också innehålla ett tillsatsämne, företrädesvis ett laddat tillsatsämne som gör det möjligt att ändra laddningen på stärkelsepartikeln på ett önskat sätt. Tillsatsämnet kan företrädesvis vara anjoniskt eller amfotert. Genom tillsats av additivet till kompositionen innehållande stärkelsepartiklar kommer partiklarna att modifieras. Det är således möjligt att modifiera stärkelsepartiklarna för att göra dem mer stabila, göra dem mer kompatibla med fibrerna eller med andra komponenter som normalt används vid papperstillverkning. Tillsatsämnet kan företrädesvis vara karboxymetylcellulosa (CMC), polyvinylalkohol, anjonisk galactoglucomannan, anjonisk stärkelse, polyfosforsyra, alginatpolyakrylsyra, protein, anjonisk polyakrylamid, anjonisk kisel, papperstillverkad alun och polymetakrylsyra.

Kompositionen enligt uppfinningen förbättrar även ljusheten, opaciteten, bulken, ytjämnheten och luftmotståndet på ett limmat eller bestruket papper eller kartong. En anledning till detta är att ytbehandlingskompositionens stärkelsepartiklar är amfotera och att de därmed har en mycket större specifik ytan jämfört med konventionella pigment. Kompositionens stora specifika yta är förmodligen även anledningen till papperets förbättrade tryckegenskaper när bläckstråleskrivare används då absorptionen av färgen in i papperet förbättras på grund av ett ökat antal kapillärer med en mindre radie. Denna stora ytan absorberar även 12 tryckfärg i offset tryckning på ett fördelaktigt sätt. Det har dessutom observerats att även om stärkelsepartiklarna inte har förvandlats till en gel ändå uppvisar en föredelaktig klibbig yta.

Uppfinningen hänför sig även till en pappers eller kartongprodukt innehållande ytbehandlingskompositionen beskriven ovan. Papperet eller kartongen är särskilt lämplig för tryckning med flexotryck eller digitala trycktekniker, såsom bläckstråle, elektrofotografi, flytande toner eller elektrostatiskt tryck. En stor fördel med kompositionen enligt uppfinningen är att den kan användas för både vattenbaserade och pigmentbaserade färger. Den är till exempel lämplig för hybrid tryckta produkter, i vilken tryckmetoderna är baserade på pigmenterad vattenbaserade bläckstrålefärg. Uppfinningen är också användbar för hybridfärger vilket baseras på färg innehållande både vattenbaserad färg och pigmentpartiklar.

Tillsatsen av ytbehandlingskompositionen till en pappers- eller kartongyta kan ske på vilket konventionellt sätt som helst. Det är till exempel möjligt att överföra kompositionen till ytan genom stavbestrykning, bladbestrykning, kaskadbestrykning, sprejbestrykning eller andra kända bestrykningstekniker.

Saltet kan inkapslas i stärkelsepartikeln på flera olika sätt. Saltet kan inkapslas i stärkelsepartiklarna innan eller efter tvärbindningen av stärkelsen. Om tvärbunden fragmenterad stärkelse används kan saltet inkapslas innan eller efter fragmenteringen av stärkelsen. 13 Det är möjligt att tvärbundna stärkelsepartiklar alternativt tvärbundna fragmenterad stärkelse kan tillsättas till en lösning innehållande löst salt.

Stärkelsepartiklen kommer att svälla i lösningen och löst salt absorberas således och inkapslas av stärkeselpartiklarna och bildar partiklarna enligt uppfinningen.

En annan möjlighet för tillverkning av stärkelsepartiklar är vid tillverkning av tvärbunden stärkelse då saltet kan tillsättas i vätske- eller fastform precis innan extrudern som används vid tillverkning av tvärbunden stärkelse. Om nödvändigt kan trycket och/eller temperaturen höjas vid extruderingen.

Ett tredje sätt att inkapsla saltet i stärkelsepartiklarna är att tillsätta salt till en stärkelseslurry och behandla den i en jetkokare. I en jetkokare höjs temperaturen och trycket genom tillsats av direktånga in i kokaren. På detta sätt bildas stärkelsepartiklarna som innehåller salt.

Uppfinningen kan med fördel användas för olika typer av papper, såsom papper för bläckstrålesskrivare, kuvertpapper, kopieringspapper, papper för laserskrivare eller andra typer av papper eller kartong. Det är även möjligt att tillsätta kompositionen till ett icke-fibröst material, såsom en biopolymer film företrädesvis placerad på ytan av ett fibröst material.

Uppfinningen är inte begränsad till de beskrivna utföringsformerna utan kan varieras inom kravens skyddsomfång.

Claims (11)

10 15 20 25 30 14 KRÄV

1. l. En ytbehandlingskomposition för papper, kartong eller andra fibrösa banor, kännetecknad av att kompositionen innehåller stärkelsepartiklar varvid stärkelsepartiklarna innehåller åtminstone ett salt och varvid kvoten mellan salt och stärkelse i kompositionen är mellan 1:50 till l:5. kännetecknad av att

2. Kompositionen enligt krav l, saltet är inkapslat i stärkelsepartikeln.

3. Kompositionen enligt något av kraven l eller 2, kännetecknad av att det åtminstone ena saltet är ett salt av en multivalent metall, såsom en divalent eller trivalent metall.

4. Kompositionen enligt något av föregående krav, kännetecknad av att saltet är kalcium, magnesium eller aluminium salt, företrädesvis kalciumklorid eller polyaluminiumklorid.

5. Kompositionen enligt något av föregående krav, kännetecknad av att stärkelsen är tvärbunden stärkelse.

6. Kompositionen enligt krav 5 kännetecknad av att stärkelsen är tvärbuden genom en eller flera komponenter vald av gruppen som består av metylaminföreningar, polyvalenta syror, polyvalenta syraestrar, polyvalenta syrahalider, polyvalenta syraanhydrider, polyaldehyder, polyepoxider, polyisocynater, divinylföreningar, fosforylklorid, polyamine polyepoxidharts, l,4-butadien diolglycidyleter, epiklorohydrin, trimetafosfater, blandningar av anhydrider av ättiksyra och två och tre protonsyror, natriumhypoklorit eller blandningar därav 10 15 20 15

7. Kompositionen enligt något av föregående krav, kännetecknad av att kompositionen innehåller stärkelsepartiklar i en mängd av mer än 65 vikts% och åtminstone 10 vikts% av stärkelsen i kompositionen består av stärkelsepartiklar i hela temperaturområdet av 20-50°C.

8. Kompositionen enligt något av föregående krav, kännetecknad av att kompositionen innehåller löst stärkelse.

9. Kompositionen enligt något av föregående krav, kännetecknad av att kompositionen innehåller ett tillsatsämne, företrädesvis ett anjoniskt eller amoftert tillsatsämne.

10. l0.Papper eller kartong kännetecknad av att det innehåller ett ytskikt innehållande ytbehandlingskompositionen enligt något av kraven l-9.