SE439510B - Bindemedel for framstellning av vattenhaltiga kompositioner for beleggning av papper, papp och kartong for tryckning - Google Patents

Description

7804605-9 medel, av vilka de mest betydelsefulla är tetranatriumpyrofosfat, natriumhexametafosfat, polyakrylater med låg molekylvikt, i mängder mellan 0,2 och 0,5 viktprocent i förhållande till pigment- mängden. Dessa bindemedel binds till papperet, pappen eller kartongen med hjälp av bindemedel. Man använder i allmänhet såsom bindemedel en vattenhaltig latex av en syntetisk polymer, såsom en sampolymer av butadien och styren, en karboxylerad sam- polymer av butadien och styren, en akrylpolymer eller en polymer av vinylacetat, som används antingen ensamma eller i blandning med naturliga bindemedel, såsom stärkelse, proteiner, kasein eller syntetiska bindemedel, såsom polyvinylalkoholer. Det är även möjligt att tillsammans med latexen använda produkter som kan förbättra vattenkvarhållningsegenskaperna hos beläggnings- kompositionerna, exempelvis karboximetylcellulosa eller alginater.

Beläggningskompositionerna kan vidare innehålla andra bestånds- delar av olika slag, såsom i synnerhet förnätningsmedel (tvär- bindningsmedel),antiskumningsmedel, glidmedel, optiska vithets- medel (optiska blåmedel), färgämnen.

Beläggning av papper, papp och kartong med hjälp av de vatten- haltiga kompositionerna genomförs med hjälp av en beläggnings- maskin enligt olika metoder, varvid man utnyttjar olika slags anordningar bland vilka kan nämnas de som är kända inom industrin under följande beteckningar: luftkniv, limpress, Champion- beläggningsanordning, Massey-beläggningsanordning, släprakel.

Efter beläggningen underkastas papperet, pappen eller kartongen en torkningsoperation. I De egenskaper som det belagda papperet, pappen eller kartongen skall uppvisa varierar beroende på tryckningsmetoden för vilken produkterna är avsedda, av vilka heliogravyrtryck och offsettryck är de två viktigaste. Beständigheten mot torr nappning, som är representativ för beläggningens vidhäftning till underlaget, bör vara bättre desto viskösare tryckfärgen är. Vidare är man vid quadrichrom-offsettryckning tvungen att trycka den andra, den tredje eller den fjärde färgen på ett i förväg fuktat eller mjukgjort 78046 05-9 underlag. För att undvika nappningsfenomen i fuktigt tillstånd, som medför nedsmutsning av duken och offsetpressarna, är det därför viktigt att papperet, pappen eller kartongen uppvisar tillräcklig beständighet mot nappning i vått tillstånd. För att uppnå de nivåer av beständighet mot nappning i torrt och nappning i vått tillstånd, som erfordras för tryckningsmetoden är det önskvärt att använda minsta möjliga mängd bindemedel, eftersom allmänt gäller att ju mer mängden använt bindemedel höjs, desto mer försämras de optiska egenskaperna, vithet och glans, som specifikt åstadkommesav pigmentet.

Bland de syntetiska polymerlatexmaterial som används såsom bindemedel är därför de som uppvisar den süüætabindningsförmågan de mest intressanta, eftersom dessa, som kan användas i minsta mängd för erhållande av den nivå av beständighet mot torr nappning som krävs för tryckningsmetoden, gör det möjligt att erhålla maximal vithet och briljans.

Bindemedlen enligt uppfinningen är baserade på en vattenhaltig latex av en syntetisk polymer i vilken halten av vattenlösliga föreningar upplösta i vattenfasen understiger 0,5 viktprocent i förhållande till mängden polymer.

De vattenlösliga föreningarna innefattar väsentligen salter som exempelvis utgörs av katalysatorrester, ytaktiva medel samt makro- molekylära föreningar, exempelvis karboxylerade föreningar.

Enligt uppfinningen har det visat sig att, om alla övriga betingelser är oförändrade, de bindemedel i vilka halten av vattenlösliga föreningar upplösta i vattenfasen är tillräckligt låg uppvisar förbättrad bindningsförmåga.

Såsom syntetiska polymerer,som är använda i form av latex enligt uppfinningen, kan man nämna sampolymerer av butadien och styren, karb0Xy1erade sampolymerer av butadien och styren, polyvinylacetater, karboxylerade polyvinylacetater, sampolymerer av vinylacetat och alkylakrylat, karboxylerade sampolymerer av vinylacetat och alkyl- 78046 05-9 akrylat.

Bestämningen av latexens halt av vattenlösliga föreningar upplösta i vattenfasen genomförs med den metod som beskrivs i det följande och som utnyttjar egenskaperna hos de semipermeabla membraner med förhöjd separationströskel som tillåter passage av föreningar med låg molekylvikt och, om så erfordras, karboxylerade makro- molekylära föreningar samt kvarhâller polymerpartiklarna.

Man underkastar den latex som skall undersökas och som uppvisar en känd torrmaterialvikthalt tl, uttryckt i %, en ultra- filtreringsoperation genom passage genom en ultrafiltrerings- modul av laboratorietyp försedd med en semipermeabel membran som förs i handeln av Rhone-Poulenc Industries under beteckningen _ "Iris 3538". Man bestämmer vikthalten av torrt material i den första droppen av permeat som uppsamlas, tp, uttryckt i %, vilken är lika med vikthalten i latexens vattenfas.

Latexens halt av vattenlösliga föreningar upplösta i vattenfasen ts, uttryckt i %, i förhållande till polymervikten, anges med formeln: 100 - tp < tl) tl Framställningen av en latex som är användbar såsom bindemedel enligt uppfinningen genomförs i allmänhet utgående från en syntetisk polymerlatex som är känd för att vara användbar för framställning av vattenhaltiga kompositioner för beläggning av papper, papp och kartong för tryckning och som kan framställas med alla i och för sig kända metoder för polymeriserinn i vattenemulsion, genom att man avlägsnar en tillräcklig mängd av de vattenlösliga föreningarna från latexen. Detta avlägsnande kan exempelvis genomföras med ultrafiltrering genom en semipermeabel membran. Umder ultrafiltreringen passerar de i vattenfasen upplösta föreningarna genom membranen i permeatet under det att en gradvis desorption och eliminering av de vattenlösliga föreningarna, som 78046 05-9 är adsorberade på ytan av latexpartiklarna erhålls. Ultra- filtreringsoperationen kan genomföras i en konventionell anläggning, exempelvis av den typ som återfinns inom industrin.

En sådan anläggning visas på den bifogade ritningsfiguren, som visar anläggningen delvis i vertikalsektion. Anläggningen inne- fattar väsentligen en behållare 1 innehållande den latex som skall behandlas, en behållare 2 innehållande dejoniserat vatten, ett ultrafilter 3 och en pump 4. Behållaren 2, som mynnar i behållaren l, säkerställer tillförsel av dejoniserat vatten till den sistnämnda genom en ledning 5 och en automatventil 6 som påverkas av en flottör 7, vilken säkerställer upprätthållande av konstant nivå av badet i behållaren 1. Pumpen 4 åstadkommer fram- matning av latexen genom en ledning 8 till ultrafiltret 3. Genom en ledning 9, i vilken är monterad en mängdmätare 10, återförs det av ultrafiltret 3 avgivna koncentratet i kretslopp till behållaren l. En rörslinga ll för cirkulation av värmeväxlarfluid_ är nedsänkt i latexen i behållaren 1 och möjliggör konstant- hållning av dennas temperatur. En ledning 12 används för igång- sättning av anläggningen.

Anläggningen innefattar vidare även avstängningsventiler 13, 14, 15, 16 och 17 samt manometrar 18 och 19.

Igångsättning av anläggningen och genomförandet av förfarandet går till på följande sätt: Med ventilen 14 tillsluten och ventilen 13 öppen igângsätts pumpen 4, varefter man öppnar ventilerna 14 och 15 samt sluter ventilen 13.

Genom gradvis anpassning regleras öppnandet av ventilerna 14 och 15 på sådant sätt att man erhåller den önskade tillförseln av latex under det önskade trycket, varvid tryckskillnaden som indikeras med manometrarna 18 och 19 representerar materialförlusten genom ultrafiltret 3.

För ett tillfredsställande genomförande av ultrafiltrerings- processen är det enligt uppfinningen lämpligt att upprätthålla följande betingelser: 780406 05-9 Den semipermeabla membranen bör uppvisa en hög separerings- tröskel, i allmänhet mellan 5000 och 100 000,uttryckt i molekyl- vikten hos kalibreringsproteiner (protëines ëtalons) i neutral buffrad miljö, latexens förbiströmningshastighet vid membranen bör överstiga 0,5 m/s och företrädesvis ligga mellan l och 2 m/s för undvikande av igentäppning av membranen samtidigt som man begränsar tryck- förlusten i ultrafiltret och den skjuvning för vilken latexen utsätts, tryckskillnaden mellan membranens sidor bör ligga mellan 0,1 och 6 bar och företrädesvis mellan 1,5 och 3 bar, temperaturen hos latexen bör ligga mellan 0 och l00°C och företrädes- vis mellan o och 5o°c, eftersom mängden permeat per tidsenhet avtar när latexens vikt- halt av torrmaterial stiger är det lämpligt att genomföra ultra~ filtreringen vid i huvudsak konstant vikthalt och i allmänhet mellan 5 och 70 % samt företrädesvis mellan 45 och 55 %, eventuellt efter utspädning, i synnerhet om latexens viskositet är mycket hög, I avstängnigen av anläggningen bör följas av en sköljningscykel med rent vatten som är tillräcklig för att förhindra irreversibel igensättning och förstöring av membranen.

Om latexen uppvisar otillräcklig mekanisk stabilitet för att undergå ultrafiltreringsbehandling utan att ge upphov till bildning av agglomerat kan man arbeta genom att i förväg överföra latexen till ett alkaliskt pH-värde med ett värde i allmänhet mellan 7,5 och 9,5. Vid slutet av ultrafiltreringen kan latexen koncentreras, om så önskas, till en torrmaterialhalt som är lämplig för den avsedda användningen.

Uppfinningen beskrivs närmare med följande utföringsexempel.

Exempel l-14 - Exemplen l, 3, 5, 7, 9, ll och 13 är jämförelseexempel. Exempel 2, 4, 6, 8, 10, 12 och 14 är exempel enligt uppfinningen.

Man bereder vattenhaltiga beläggningskompositioner och påför på 78046 05-9 ett papper med hjälp av en luftknivbeläggningsanordning en beläggningsmängd av 20g/m2, uttryckt såsom torrt material, av var och en av de angivna kompositionerna. Man använder ett papper med en vikt av 54g/m2 enligt exemplen 1-6 samt 70g/m2 enligt exemplen 7-14. Det på detta sätt belagda papperet torkas i en tunnelugn vid en temperatur av l00OC samt underkastas därefter kalandrering innefattande fyra passager i följd mellan tvâ cylindrar under en kraft av 80kp/cm.

Efter torkning och kalandrering konditioneras det belagda papperet vid en temperatur av 2OOC i en atmosfär med den relativa fuktighete- halten 65 % och undersöks därefter beträffande beständigheten mot torrnappning och beständigheten mot nappning i fuktigt till- stånd med hjälp av följande metoder: Beständighet mot torr nappning: Denna egenskap bestämms med hjälp av en IGT-apparat som konstruerats av "Institut von Grafische Technik" och i vilken man bringar papperet i kontakt med en infärgad rulle vars tryck mot papperet man reglerar till ett valt värde och vars hastighet ökas tills man iakttar begynnande nappning av den påförda beläggningen. Beständigheten mot torr nappning bestämms av den hastighet som motsvarar begynnande nappning. Man använder tryckfärgen "3805" med graderad dragning (ä tirant graduê) som förs i handehuav Etablissements Lorilleux Lefranc.

Beständighet mot fuktig nappning: Denna egenskap bestämms lika- ledes med hjälp av en anordning av typen IGT men infärgningen åstadkomms med ett provstycke av belagt papper på vilket man i förväg har påfört en tunn vattenfilm. Beständigheten mot nappníng i fuktigt tillstånd bestämms visuellt genom jämförelse med andra provstycken. Man använder färgen "380l" som förs i handehaav Etablissements Lorilleux Lefranc. Resultaten uttrycks med ett värde mellan 0 och 10 varvid värdet 0 motsvarar ett papper som uppvisar mycket dålig beständighet och värdet 10 ett papper som uppvisar mycket god beständighet.

I tabell I anges för varje exempel referensbeteckningen för de 78046 05-9 vattenhaltiga latexmaterial som används såsom bindemedel arten av polymer som ingår i latexen och halten av vattenlösliga upp- lösta föreningar i vattenfasen räknat på vikten i f till polymeren.

Tabell I örhållande Refe- rens halt av vatten- Typ av polymer lösliga fören- ingar i för- hållande till polymermängden, viktprocent Exempel l, 3 och 5 Karboxylerad sampolymer av butadien och styren innehållande, räknat på vikten, 43 % butadien, 53 % styren och 4 % etyleniska karbonsyror 4,7 Exempel 2, 4 och 6 Karboxylerad sampolymer av butadien och styren innehållande, räknat på vikten, 43 % butadien, 53 % styren och 4 % etyleniska karbonsyror Exempel 7 och 9 Karboxylerat polyvinylacetat inne- hållande, räknat på vikten, 98 % vinylacetat, 2 % etyleniska karbonsyror Exempel 8 och 10 Karboxylerat polyvinylacetat inne- hållande, räknat på vikten, 98 % vinylacetat och 2 % etylenisk karbonsyra 0,48 Exempel ll och 13 Karboxylerad sampolymer av vinyl- acetat och 2-etyl-hexylakrylat innehållande, räknat på vikten, 88 % vinylacetat, 10 % 2-etyl- hexylakrylat och 2 % etylenisk karbonsyra 1,83 Exempel l2 och 14 Karboxylerad sampolymer av vinyl- acetat och 2-etyl-hexylakrylat innehållande, räknat på vikten, 88 % vinylacetat, 10 % 2-etyl~ hexylakrylat och 2 % etylenisk karbonsyra 0,08 7804605-9 Latexmaterialen B, D och F som används vid exemplen enligt uppfinningen har erhållits utgående från latex A, C resp. E med en halt av 50 viktprocent torrt material, som används vid jämförelseexemplen, genom att man underkastat latexmaterialen ultrafiltrering såsom beskrivs i det följande. Denna behandlino utfördes på latexmaterialen såsom sådana vid försökan enlidt exempel 2, 4 och 6 samt på latexmaterialen som först behandlats till en torrmaterialvikt av 30 % och ett pH-värde av 8 genom tillsats av en ammoniakalisk vattenlösning i fråga om exemplen 8, 10, 12 och 14.

Ultrafiltreringen genomförs i en anläggning som unnvisar en ultrafiltreringsyta av 0,7 m2 försedd med en membran vars separerings- tröskel uppgår till 20.000 och som förs i handeh1av Rhone-Poulenc Industries under beteckningen "Iris 3538", matad med en pump som kan avge 6 m3/h under ett tryck av 3 bar. Under ultrafiltreringen hålls latexens torrmaterialhalt konstant med hjälp av dejoniserat vatten.

I tabell 2 i det följande anges för varje exempel enligt upp- finningen varaktigheten av ultrafiltreringen.

Tabell 2 Ultrafiltreringens varaktighet (timmar) Exempel 2, 4 och 6 9 Exempel 8 och 10 8 Exempel 12 och 14 13 Vid slutet av ultrafiltreringen koncentreras latexmaterialen D och F till den ursprungliga halten av 50 viktprocent torrt material.

Efter tömning sköljs anordningen med rikligt med vatten. Man kan fastställa att igensättningen av membranen är 0. 7804605"9 10 I tabellerna 3 och 4 i det följande anges arten och vikt- halten av fasta beståndsdelar i beläggningskompositionerna för varje exempel. Vidare anges vikthalten av torrt material till vilken de på ett pH-värde av 8,5 genom tillsats av ammoniak inställda beläggningskompositionerna justeras.

Tabell 3 Exempel l 2 3 4 5 4 6 Kaolin - 100 100 100 lO0 100 100 Natriumhexamatafosfat 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Karboximetylcellulosa 0,3 0,3 - - - - Stärkelse - - 6 6 - - Polyvinylalkohol - - - - 2 2 Latex A 12 - 8 - 10 - Latex B - 12 - 8 - 10 Vikthalt av torrt 48 48 48 48 52 52 material (%) Tabell 4 Exempe1 7 8 9 10 11 12 É 13 14 Kaolin l00 100 100 l00 100 100 100 100 Natriumpyrofosfat 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Polyvinylalkohol l l 2 2 l l 2 2 Latex C 12 10 Latex n i 12 10 Latex E _ 12 10 Latex F 12 10 Vikthalt av torrt material (%) 50 50 50 50 50 50 50 50 ll I tabellerna 5 och 6 anges de resultat som exempel. \ erhållits vid varje Tabell 5 Exempel 1 2 3 4 5 6 Beständighet mot torrnappning 87 71 50 61 62 63 (cm/s) Beständighet mot våt nappning 4 7 4 6 5 6 Tabell 6 Exempel 7 8 9 10 ll 12 13 Beständighet mot torr- nappning (cm/s) 42 43 42 43 42 45 52 Beständighet mot våt nappning 3 5,5 5 6 5,5 7 8 Det framgår att latexmaterialen B, D och F, som används såsom bindemedel enligt uppfinningen, gav belagda papper som uppvisade en beständighet mot torr nappning och beständighet mot våt nappnin som var överlägsen de egenskaper som erhölls med papper belagda med hjälp av vattenhaltiga kompositioner innehållande latex- materialen A, C och E.

Claims (4)

'/ .- 8U46Ub 9 m Patentkrav i

1. Bindemedel baserat på en vattenhaltig latex av en syntetisk polymer för framställning av vattenhaltiga kompositioner för be- läggning av papper, papp och kartong för tryckning, k ä n n e - t e c k n a t därav att latexens halt av vattenlösliga föreningar upplösta i vattenfasen understiger 0,5 viktprocent i förhållande till polymermängden, genom att vattenlösliga föreningar avlägsnats genom ultrafiltrering genom en semipermeabel membran, med en sepa- rationströskel mellan 5.000 och 100.000, uttryckt såsom molekyl- vikten av kalibreringsproteiner i neutral buffrad miljö?

2. Bindemedel enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav att polymeren är vald från den grupp som innefattar sampolymerer av sty- ren och butadien, karboxylerade sampolymerer av butadien och styren, polyvinylacetat, karboxylerat polyvinylacetat, sampolymerer av vinyl- acetat och alkylakrylat, karboxylerade sampolymerer av vinylacetat och alkylakrylat.

3. Bindemedel enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav att ultrafiltreringen genomförts vid en vikthalt i latexen av torrt material, som är väsentligen konstant och ligger mellan 5 och 70% samt företrädesvis mellan 45 och 55%.

4. Bindemedel enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav att latexen vid slutet av ultrafiltreringen koncentrerats till en för den avsedda användningen lämplig torr materialhalt.