SE448752B - Sett att vid bestrykning av papper medelst latexbaserade kompositioner forbettra papprets ljushet och opacitet samt papper framstellt enligt settet - Google Patents

Description

15 20 25 30 40 -'som omfattar spridande av ett tunt 448 752 2 att avdunsta vattnet och förorsaka sammansnältning av de polymera få bindemedelspartiklarna. Partiklarna i bindemedelspolymeren kommer att förenas, när de torkas äver polymerens'minimifilmbildnings- temperatur (MFT). Upphettníng kan utföras genom att passera det bestrukna papperet genom en ugn med cirkulerande varmluft eller genom att bringa det i kontakt med ytorna hos upphettade valsar eller bâdadera. Det är även känt att torka bestrykningen vid en temperatur under minimifilmbildningstemperaturen hos bindemedlens- partiklarna för att undvika sammansmältninf av dessa partiklar och sedan underkasta den torkade bestrykningen en värmekalendrerings- handling för att förorsaka sammansmältning av partiklarna och al- stra en glansig yta på papperet. För mera detaljer avseende de föregående förfarandena se amerikanska patentskrifterna 3 399 080 och 3 873 345 och TAPPI (Technical Associtation of the Pulp and Paper Industry) monografier 7, 9, 20, 22, 25, 26, 28 och 37. Under det att bestrykningar med godtagbar opacitet och ljushet kan er- hållas genom dessa kända förfaranden, är det önskvärt att erhål- la bestrykningar i, i vilka dessa och andra egenskaper ökas. Ex- emplevis är förbättring i bläckmottaglighet och glans också ett städse närvarande mål inom industrin.

Det har nu visat sig, att förbättring i ljushet, opacitet och andra egenskaper kan erhållas vid ekvivalent bestrykningsvikt i en papperbestrykning, som innehåller en latex av en filmbildande polymer såsom bindemedlet och ett pigment, genom ett förfarande, skikt av bestrykningskomposi- tionen över en pappersvävnad genom ett av de kända sätten, tork- ning av bestrykningen under förhållanden anpassade för att för- hindra sammansmältning av latexens polymerpartiklar under tork- ningssteget och sedan underkastande den torkade bestrykningen en behandling avsedd att förorsaka sammansmältning av latexens poly- merpartiklar utan att underkasta bestrykningen en sammanpressande kraft. Andra fördelar med förfarandet omfattar erhållandet av ek- vivalenta optiska egenskaper vid en minskad bestrykningsvikt, möj- ligt högre pappersstyvhet vid ekvívalent bestrykningsvikt (emedan bestrykningen är mera skrymmande) och högre glans vid okalandrerat tillstånd. Högre glans vid okalandrerat tillstånd betyder att mind- re kalandrering behövs, när ökning i glans önskas, vilket i Sin tur betyder mindre förlust i opacitet vid glanskalandrering, emedan förlusten i opacitet ökar, då mängden eller graden av kalandre- ring ökas. De slutliga bestrykningarna är också karakteriserade 10 15 20 25 30 35 40 3 448 752 av bra slagmotstånd.

Sammansmältning av bindemedlets polymerpartíklar i latexen kan förhindras under torkningsförfarandet genom att hålla tempe- raturen under minimifilmbildningstemperaturen (d v s MFT) för bin- demedelspolymeren. Éfter det att torkningssteget har fullbordats, kan sammansmältning av dessa partiklar förmàs att äga rum genom att upphetta bestrykningen till en temperatur över MFT för bin- demedelspolymeren. Sammansmëluüng kan även framkallas genom andra sätt, såsom genom att behandla den torkade bestrykningen med ett lösningsmedel för polymeren, såsom bensen för styren-butadíen- snmpolymerer, under en tid tillräcklig för att sammansmältníng skall äga rum. För att erhålla fördelarna med föreliggande upp- finning måste användningen av sammanpressande krafter, t ex kalan- drering undvikas, under det att man utför sammansmältningssteget.

Vid sammansmältning kommer polymerpartíklarna inte endast att sam- mansmältas med varandra, de kommer även att bindas med de andra komponenterna i bestrykningskompositionen och med papperssubstra- ten Latexarna, som kan användas för framställning av bestryk- ningskompositionerna, är de som är kända att vara lämpliga för detta ändamål. Polymererna kan vara homopolymerer av C4-C10-diener, såsom butadien, 2-metylbutadien, pentadien-1,3,'2,3-dimetylpenta- dien-l, 3, norbornen, dicyklopentadien och halogenosubstituerade derivat av 2,5 - dimetylhexadien - 1,5, norbornadien, etylíden- .dessa föreningar. Polymererna kan även vara sampolymerer av C4- Clo dienerna med varandra eller med en eller flera sampolymeriser- bara monomerer, som innehåller en CH2 = C\\ grupp. Exempel på des- sa monomerer är akrylsyra och dess estrar, nitriler och amider, så- som metylakrylat, metylmetakrylat, akrylonitril, metakrylonítril, akrylamid, metylolakrylamid, akrolein, alfa- och betametylakroleí- ner, alfa-kloroakrylsyra, maleinsyra, maleinsyraanhydrid, fumarsy- ra, ítakonsyra, kanelsyra, kanelaldehyd, vinylacetat, vinylklorid, vínylidenklorid, isobutylen, divinylbensen och metylvinylketon.

Polymererna kan även vara homopolymerer eller sampolymerer av and- ra sampolymeriserbara monomerer, som innehåller CHZ = C:' grup- pen, t ex vinylalkohol, sampolymerer, såsom etylenvinylacetat, e- tylen-vinylklorid, vinylacetat-metylmetakrylat-akrylsyra-styren, Styren-vinyl-pyrrolidon, etylakrylat-vinylpyrrolidon-metylmetakry- lat-butylakrylat-akrylsyra, metylmetakrylat-etylakrylat-itakonsy- ra eller någon av de andra polymererna, som föreslås såsom binde- 10 15 20 35 40 4 448 752 medel för pappersbestrykningstillämpningar. Um sa önskas, kan de' gummiliknande polymerlatexarna blandas med mindre andelar av la- texar av hårda eller hartsartade polymerer med en hög MPT, såsom polystyren, polyakrylonitril, polymetyl-metakrylat, sampolymerer av monomererna av dessa hartsartade polymerer, såsom styren-akry- lonitrilhartser eller hartsartade polymerer av dessa monomerer med andra sampolymeriserbara monomerer, såsom sampolymerer av sty- ren med butadien, vari stvren bildar mer än 70 viktprocent av po- -lymeren. Lämpliga är latexar vari sampolymeren är sammansatt av ca 0-60 viktprocent av en C4-C6 konjugerad diolefin, 100-40 % av en styren och 0,1 - 5 % av en polymeriserbar omättad monomer med en funktionell grupp i sin struktur, t ex en C3 - C6 mono- eller dikarboxylsyra, varvid slutsumman av procenttalen är upp till 100.

De totala innehållet av fasta ämnen i-latexarna skall vara över 20 viktprocent och normalt ca S0 % eller mer innan sammanbland- ningen. h Förutom pigmentet och latexbindemedelskomponenterna kan de vanliga och andra kända tillsatser innefattas i papperbestryk- níngskompositionen allt efter behov. Sålunda kan innefattas mind- re mängder dispergermedel, t ex natriumhexametafosfat, andra bin- demedel, t ex stärkelser och proteiner, viskositetsmodifierings- medel, t ex natriumpolyakrylat, skumdämpare, pH-modifieringsmedel och andra filmbildande latexar etc.

Följande exempel tillhandahålles för att ytterligare belysa . föreliggande uppfinning. I dessa exempel är a11a'd@1aP i t°TTVíkï, Så* vida inte annat angives.

Ljusspridningskoefficienterna (LCS) beräknades under använd- ning av Kubelka-Munk-teorin från reflektionsfaktormätníngar utför- da vid en våglängd av 458nm över en svart bakgrund och över en bakgrund med känd reflektionsfaktor. En beskrivning av metoden och av korrektionen för reflektionsfaktorn för polyesterfilmen ges i J. Borch och P. Lepoutre, TAPPI 61 (2) 45 (1978). Ljussprid- ningskoefficienterna uttryckes i enheter av reciprok bestryknings- vikt, såsom vanligen görs inom pappershanteringen. Ju högre LSC, ju högre är opaciteten vid en given bestrykningsvikt.

Ljushet är reflektionsfaktorn av en oändligt tjock bestryk- ning vid en våglängd av 458 nm. Den mätes inte men beräknas från ljusspridnings- och ljusabsorptionskoefficienten hos bestrykningen - se J.V. Robinson, TAPPI 58 (10) 152 (1975).

Opaciteten bestämmes genom TAPPI Standard Method T4Z5. 750 10 15 20 25 som 35 40 5 448 752 glans bestämmes genom TAPPI Standard Method T48U. * § Exempel 1 En bestrykningskomposition sammansatt av 100 delar av meka- niskt delaminerad lera (alfaplattêloch 20 delar av en latex av en karboxylerad sampolymer av 22 delar butadien och 76 delar styren med en MFT av 42°C och en medelpartikelstorlek inom omrâdet 150 nm- 200 nm spreds med hjälp av en stav lindad med metalltråd över pap- persytan i en mängd av 20 g per kvadratmeter papper. Det bestruk- na papperet torkades vid rumstemperatur, d v s under polymerens MPT I och opaciteten hos det bestrukna papperet bestämdes. En del av det torkade papperet upphettades i en ugn under 5 minuter vid 100 OC d v s över MFT för polymeren för att förorsaka att polymerpartik- larna sammansmälte, under det att en annan del fick passera genom en glanskalander vid ett tryck av 90 kN/m och en temperatur av 150 OC för att torka beläggningen och förorsaka sammansmältning genom tryck och värme. Arken bringades i kontakt med den varma valsen av glanskalandern i ca 5 sekunder. Efter kylning bestämdes opaciteterna på de värmebehandlade bestrykningarna. Resultaten är upptagna i tabell I. I Tabell I Betingelser Opacitet Obestruket papper 83,0 Bestruket papper - torkat under MFT 92,0 - torkat under MFT, sedan 'glanskalandrerat vid lS0° C 0¿h 90 kn/m 93,6 - torkat under MFT och upphettat 5 min i ugn vid 100 OC utan ka- lendrering ,, 95,2 Dessa resultat visar, att en betydande förbättring i opacitet erhålles genom att undvika kalandrering under värmebehandlingen.

Exempel 2 , Ett antal bestrykningar sammansatta av 100 delar mekaniskt de- laminerad lera och 20 delar av latexen i exempel l spreds över po- lyesterfilmer i en mängd av 30 g bestrykning per kvadratmeter film och torkades vid rumstemperatur. De torra bestrykningarna upphetta- des sedan i en ugn, som hölls vid 45, 52 och 90 OC för att förorsa- ka sammansmältning av polymerpartiklarna. Ljusspridningskoefficient- erna bestämdes efter olika upphettningstider. Resultaten är upptagna i tabell II och visar verkan av ökning av tid och temperatur i upphett- 5 10 15 30 44§_ 752? ningsstege Tabell II Upphettningstemp. Upphettningstid - OC - Minuter ” LSC(cm2/g) Oupphettad - 1100, 45 10 1200 45 Z0 1350 45 60 1460 45 200 1500 52 2 1470 52 5 1650 sz _ 9 10 1650 90 Z 1670 90 5 1820 90 10 1820 Exempel 3 Ett antal bestrykningskompositioner framställdes genom att blanda mekaniskt delaminerad lera med olika mängder av den kar- boxylerade polymerlatexen i exempel 1. Bestrykningarna spreds var- dera över polyesterfilmer i en mängd av 30 g per kvadratmeter film och torkades. Ett prov av varje bestrykning torkades vid rumstem- peratur. Ett annat prov av varje bestrykning torkades vid rumstem- peratur och upphettades sedan i 10 min i en ugn vid 90 OC under det att ett tredje prov av varje bestrykning torkades genom att pla- cera den på en varm platta som hölls vid 90 OC. Bestämníngar avseen- de ljushet, LSC och 75 0 glans gjordes sedan på varje yta. Resulta- ten är upptagna i tabell III och visar verkan av att variera lera/ polymerförhâllandet. De visar även stor förbättring i ljushet, 75 O glans och ljusspridningskoefficienten, som erhållits genom tork- ning vid under polymerens MFT, innan man utsätter den för en tempe- ratur över dess MFT utan kalandrering, jämfört med resultaten som erhålles med det konventionella förfarandet, d v s genom att torka bestrykningen vid en temperatur, som är över polymerens MFT. dä' 10 7 448 752 Tabell III Delar latex per. Torkad vid rums- Torkad vid 90 OC Torkad vid 100 delar lera temperatur ' på varm platta rumstemp. se- ." dan upphettad till 90 ° 1 .-f 10 min Ljushet 10 0,810 0,817 0,839 20 0,826 0,781 0,857 30 0,834 0,630 0,864 40 0,837 0,860 75 O gloss 0 65 5 72 59 69 10 73 55 72 20 72 34 71 50 73 30 71 40 74 65 Lsc cemz/g) 0 1000 5 1000 1110 1200 10 1000 1100 1400 20 1100 850 1900 30 1200 150 1960 40 1200 1790 Exempel 4 En bestrykníngskompositíon framställdes genom att blanda 20 -delar av latexen i exempel 1 med 100 delar delaminerad lera. Kompo- sitionen spreds över en polyesterfilm i en mängd 30 g per kvadrat- meter film, torkades vid rumstemperatur och bestrykningens ljus- sprídningskoefficíent mättes vid en våglängd av 458 nm. Bestryk-' ningen utsattes sedan för bensenångor i en sluten behållare under två timmar vid rumstemperatur. Efter borttagande från behållaren konditíonerades de under en vecka vid rumstemperatur och tryck, se- dan mättes igen LSC för beläggningen. Resultaten är upptagna i ta- bell IV och visar den stora ökningen i LSC, som erhålles genom att sammansmälta polymerpartiklarna utan kalandrering genom utsättande för ett lösningsmedel.

Tabell IV LSC2 (cm /gl 'lorkad bestrykning - innan utsättande för lös- ningsmedel- . 1100 Torkad bestrykning - efter utsättande för löS- -ningsmedel 1700 10. 15 ëínæëíflš 752 i _ Två uppsättningar bestrykningskompositioner framställdes från tvâ karboxylerade polystyrenlatexar - LYTRON® 2102 och 2203, genom att till prov av en 60-procentig dispersion av delaminerad lera i vatten sätta S, 10, 20, 30 och 40 delar av dessa latexar. Medel- partikelstorlekarna av dessa latexar var ca 100 nm och 200 nm och varje polymer hade en temperatur för övergång av andra ordningen av ca 1000 C. Bestrykningarna spreds över polyesterfilmer i mäng- der av 30 g per kvadratmeter film och de belagda filmerna torka- des vid rumstemperatur. Ljusspridningskoefficienterna bestämdes sedan på dessa bestrykníngar.

Bestrykningarna. upphettades sedan i 5 minuter i en ugn, som hölls vid 150 OC, varefter bestrykningarnas ljusspridningskoeffi- cienter igen bestämdes. Resultaten är upptagna i tabell V och vi- sar den stora ökningen i opacitet, som erhålles genom att samman- smälta polymerpriklarna genom förfarandet enligt föreliggande upp- finning. De belyser även verkan av partikelstorleken på opacitet- ökningen. _ Tabell V Ljusspridningskoefficíent F cmz/g Polystyrendelar Torkad vid rumstem- Torkad vid rumstemp. per 100 lera peratur men inte upp- sedag upphettad till hettad 150 C i 5 min Partikelstorlek Partikelstorlek 100 nm" 200 nm 100 nm 200 nm 0 ' 1050 1050 1050 1050 S 950 1080 1360 1400 10 870 lll0 1480 1600 20 550 1170 1470 1830 30 500 1240 1360 1960 40 470 1500 ^ 1200 1980

Claims (10)

448 752 9 Patentkrav

1. Förfarande, k ä n n e t e c k n a t därav, att man anbringar ett skikt av en bestrykninflskomposítion, som väsentligen består av en mindre mängd av en latex av en filmbildande polymer oçh_en¿¿w huvudmängd av ett pigment, på ett papperssubstrat, torkar bef strykningen vid en temperatur under polymerens mínimifilmöildïšï ningstemperatur i latexen och under förhållanden lämpade för att förhindra sammæßmäluüng av polymerpartiklarna i latexen och därefter upphettar den torkade bestrykningen till en temperatur åtminstone så hög som polymerens minimifilmbildningstemperatur utan att underkasta den torkade bestrykningai sammanpressande kraft.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den filmbildande polymeren innehåller en funktionell grupp i dess molekylära struktur.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att den filmbildande polymeren består av sampolumerisa- tionsprodukten av 0-60 viktprocent av en C4-Cókonjugerad diole- fin, 99,9-40 % av en Styren och 0,1-5 % av en omättad C3-C6mono- eller dikarboxylsyra.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att de polymera partiklarna i latexen till större delen består av en gummiliknande polymer med en lägre minimifilmbildningstemperatur och till mindre del av en harts- artad polymer med en högre minimifilmbildningstemperatur är den gummiliknande polymeren.

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att en liten del av en latex av en filmbildande polymer med en minimifilmbíldningstemperatur lägre än torkningstempera- turen även innefattas i bestrykníngen.

6. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att pigmentet är sammansatt av en delamínerad lera.

7. Papper, k ä n n e t e c k n a t därav, att det till- verkats enligt förfarandet i krav 1.

8. Papper, k ä n n e t e c k n a t därav, att det tillverkats enligt förfarandet i krav 3.

9. Papper, k ä n n e t e c k n a t därav, att det tillverkats enligt förfarandet i krav 4.

10. Papper, k ä n n e t e c k n a t därav, att det tillverkats enligt förfarandet i krav 6.