SE535416C2 - Ytbehandlingskomposition för papper, kartong eller annan fiberbana - Google Patents

Description

25 30 535 415 2 förbättras betydligt. Detta är speciellt fördelaktigt vid jetstràletryck. US6207258 redogör för ett medel som är användbart för ytbehandling av ett arksubstrat för jetstråletryck, där medlet består av salt från en divalent metall.

Multivalenta katjoner, t.ex. kalcium, tillsätts ibland till limmet eller ytbehandlingskompositionen i form av smörjmedel, som t.ex. kalciumstearat. Kalciumkoncentrationen i t.ex. kalciumstearat är dock inte tillräckligt hög för att ge upphov till de önskade effekterna i tryckkvaliteten. Mängden kalcium måste alltså vara högre än vad som normalt används i sådana produkter tryckkvaliteten ska förbättras.

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 fällningar.

Detta är speciellt ett problem när man tillsätter stora mängder salt, såsom 0,5-5 delar, till anjoniskt laddat lim, pigmentering eller bestrykningskompositioner. Multivalenta katjoner interagerar starkt med normala 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 flockulering och fällning.

Tryckbarheten kan ytterligare förbättras genom att sänka pH- värdet i limmet eller bestrykningskompositionen, t.ex. genom att tillsätta en syra till limmet eller bestrykningen. Det är dock inte alla lim eller bestrykningsämnen som är kompatibla med lågt pH-värde. Pigment med kalciumkarbonat kan t.ex. inte 10 15 20 25 30 535 416 3 användas vid lågt pH-värde eftersom kalciumkarbonatet löses upp och bildar skum när kalciumdioxid frigörs frigörs från kalciumkarbonatet i en sur miljö. En minskning av pH-värdet kan också ha negativ inverkan på reologiska egenskaper och på pappersmaskinens körbarhet.

Ett syfte med uppfinningen är att hitta en lösning på problemet med att tillsätta tillsatser, såsom salter från multivalenta metaller, till lim och/eller bestrykningskompositioner, utan att störa kompositionens reologiska profil.

Sammanfattning av uppfinningen Ovanstående mål, och andra fördelar, uppnås genom ytbehandlingskompositionen och processen enligt föreliggande uppfinning.

Uppfinningen hänför sig till en ytbehandlingskomposition för papper, kartong och annan fiberbana. Kompositionen enligt uppfinningen innefattar partiklar innefattande ett aktivt material och ett stödjande material. I enlighet med uppfinningen är det stödjande materialet anpassat för att frigöra det aktiva materialet från partiklarna när det utsätts för värme och/eller tryck och/eller ändrat pH-värde.

På så vis kan det aktiva materialet vara “fångat” i partiklarna åtminstone tills dess att kompositionen appliceras på fiberbanans yta och aktiveras eller stimuleras i ett senare skede under papperstillverkningsprocessen. På så vis undviks det aktiva materialets negativa effekter på kompositionens reologi medan de önskade effekterna på ytans egenskaper bevaras eller förbättras. 10 15 20 25 30 535 416 4 “Ytbehandlingskomposition” avser häri en bestrykning eller ett ytlim eller liknande.

Det aktiva materialet kan vara ett material, t.ex. en kemikalie, som förbättrar tryckkvaliteten hos papper, kartong eller fiberbana. I en utföringsform av uppfinningen innefattar det aktiva materialet ett salt av en monovalent, eller företrädesvis multivalent, metall såsom en divalent eller trivalent metall. Användning av partiklar som består av monovalenta eller multivalenta metaller enligt uppfinningen, gör det möjligt att dosera en högre koncentration av monovalenta eller multivalenta metaller till ett limmedel eller en bestrykningskomposition, utan att negativt påverka den kollodiala stabiliteten och därmed kompositionens reologi. På så vis kan tryckbarheten på det lim- eller ytbehandlade pappret eller kartongen förbättras. Användning av partiklarna minskar enligt uppfinningen dessutom koncentrationen av det multivalenta saltets fria anjon, t.ex. en kloridjon, i kompositionen, varvid risken för korrosion minskas. I en föredragen utföringsform av uppfinningen är det multivalenta metallsaltet kalciumklorid.

Det aktiva materialet kan alternativt, eller dessutom, innefatta minst en syra, t.ex. citronsyra, perättiksyra, saltsyra eller fosforsyra. På så vis kan man använda komponenter, t.ex. som normalt inte kalciumkarbonat, överensstämmer med lågt pH, samtidigt som man ändå kan erhålla fördelarna med lågt pH-värde på tryckkvaliteten. I en utföringsform innefattar det aktiva materialet ett monovalent eller multivalent salt och en syra. På så vis kan tryckkvaliteten ytterligare förbättras, eftersom minskningen av pH-värdet och saltet ger dubbel effekt på tryckkvaliteten. 10 15 20 25 30 535 415 5 Stödmaterial för partiklarna kan väljas från gruppen som består av vaxer, t.ex. polyetylenvaxer, propylenvaxer, karnaubavaxer, mikrovax, triglycerider PEG, metalltvålar och sampolymerer av t.ex. styren/akrylat eller styren/butadien och en kombination av någon av dessa. Företrädesvis är partiklarnas stödjande material inert och vattenfast eller har en förutbestämd löslighetsnivá.

Stödmaterialet kan vara värmekänsligt och kan ha en smältpunkt eller en punkt för övergång av andra ordningen pà mellan 60 och 180°C, företrädesvis mellan 70 och ll0°C. När man har en smältpunkt eller punkt för övergång av andra ordningen inom dessa intervall, kan stödmaterialet smältas i torkningen eller kalendreringen av fiberbanan som bildas genom att ytbehandla en bana med uppfinningen, varvid det aktiva materialet kan frigöras från partiklarna under torkningen eller kalendreringen och smältas till banans yta.

Stödmaterialet kan dessutom, eller alternativt, vara känsligt för förändring av pH-värde. Stödmaterialet kan t.ex. lösas upp när det utsätts för ett lågt pH-värde, såsom ett pH under 7 eller företrädesvis mellan 5 och 7. Ett stödmaterial som är känsligt för pH kan t.ex. väljas från gruppen sampolymerer av metylakrylat-metakrylsyra, cellulosaacetatsuccinat, hydroxipropylmetylcellulosaftalat, acetatsuccinat av hydroxipropylmetylcellulosa, hypromellosacetatsuccinat, polyvinylacetatftalat (PVAP), sampolymerer av metylmetakrylat-metakrylisyra, natriumalignat eller stearinsyra eller blandningar av ovanstående. Stearinsyra är ett exempel på ett stödmaterial som är känsligt för både lågt pH-värde och höga temperaturer. 10 15 20 25 30 535 416 6 Partiklarna kan innefatta en kärna innefattande det aktiva materialet, vilken kärna är inkapslad i ett skal av stödmaterialet. Genom att skapa en kärn-skal struktur, kan man uppnå en tydligare definierad partikelmorfologi och bättre stabilitet i suspensionen. Skalet kan vara gjort av stödmaterial, t.ex. en sampolymer av styren/akrylat, som smälter, löses upp eller förstörs när det utsätts för värme och/eller tryck och/eller förändrat pH-värde, varvid materialet i kärnan kan frigöras från partikeln. Kärnan kan innehålla det aktiva materialet i en bunden eller separerad form. Det aktiva materialet kan t.ex. vara partiklar av ett kristallsalt. Alternativt kan kärnan innefatta aktivt material och ett bindande material. Det bindande materialet kan väljas från gruppen som består av vaxer som polyetylenvaxer, polypropylenvaxer, triglycerider och metalltvàlar. Det bindande materialet kan ha en smältpunkt mellan 60 och l80°C, företrädesvis mellan 70 och l10°C. Det bindande materialet kan ha liknande eller samma smältpunkt som stödmaterialet. Kärnan kan även bestå av ytaktiva ämnen och/eller chelaterande ämnen.

Stödmaterialet kan också eller alternativt vara tryckkänsligt och kan därmed brista vid nyptryck eller pressnyp på mellan 50-250 kN/m, varvid det aktiva materialet frigörs.

Stödmaterialet kan även innefatta dispergerade, fint delade partiklar av en syra, t.ex. citronsyra, perättiksyra, saltsyra eller fosforsyra. I en utformning är partiklarna av en kärn- och skalkonstruktion och kärnan innefattar ett mono- eller multivalent salt som ett aktivt material och cellen innefattar dispergerade fint fördelade syrapartiklar. På detta sätt kan både en syra och ett salt tillsättas en bestrykningskomposition/lim som normalt inte är kompatibel 10 15 20 25 30 535 416 7 med ett lågt pH och/eller ett metallsalt. När stödmaterialet smälter, löses upp eller förstörs, efter att kompositionen applicerats på en fiberbana, frigörs syran och orsakar en sänkning av pH-värdet varvid tryckbarheten förbättras.

Samtidigt frigörs saltet varvid tryckbarheten förbättras ytterligare.

I ett utförande av uppfinningen är partiklarna kompositer av ett stödmaterial och ett aktivt material. En sådan kompositpartikel kan t.ex. utgöras av ett multivalent metallsalt som det aktiva materialet och kalciumstearat som stödmaterial.

Partiklarna kan innefatta det aktiva materialet, ett multivalent metallsalt, till en mängd på åtminstone 30 vikt- t.ex. %, företrädes 40-70 vikt-%, allra helst 70-80 vikt-%. På det här sättet kan kompositionen innefatta en hög koncentration av det aktiva materialet. På så vis kan partiklarna tillsättas till t.ex. en ytbehandlingskomposition utan att orsaka kollodial avstabilisering.

Stödmaterialet kan anpassas till att frigöra det aktiva materialet från partiklarna i ett senare steg på pappersmaskinen, efter att kompositionen har applicerats på fiberbanans yta. Stödmaterialet kan t.ex. anpassas till att frigöra det aktiva materialet i den efterföljande torkningen eller kalendreringen av banan. Alternativt kan stödmaterialet anpassas att frigöra det aktiva materialet i en tryckpress vid tryckningen av ett papper eller kartong som utformats av uppfinningen.

Partiklarna kan också innefatta minst en stabilisator, t.ex. ett ytaktivt ämne eller en hydrokolloid. Stabilisatorn ska 10 15 20 25 30 535 416 8 väljas så att den är kompatibel med laddningen på de andra ytbehandlings- eller limämnena i kompositionen. Om kompositionen t.ex. består av anjoniska komponenter, ska stabilisatorn helst vara neutral, amfoter eller anjonaktiv.

Denna uppfinning är speciellt fördelaktig när man tillsätter salter från multivalenta metaller till ytbehandlingskompositioner som är anjoniskt laddade, eftersom sådana sammansättningar är speciellt känsliga för multivalenta joner, även i små koncentrationer.

Ytbehandlingskompositionen enlig uppfinningen kan också innefatta andra beståndsdelar som ofta används i bestrykning eller lim. Kompositionen kan t.ex. också innefatta stärkelser, karboximetylcellulosa (CMC), polyvinylalkohol (PVA), vanligt förekommande limämnen såsom alkylketendimer (AKD) eller akrylsampolymerer. Kompositionen kan också innefatta sura sampolymerer såsom metylakrylat.

Partiklarnas genomsnittliga sfäriska diameter kan vara mellan 100 och 0,01 um, företrädesvis mellan 50 och 0,1 um och ännu hellre mellan 10 och 0,5 um eller 1-5 um, eller 0,5-1,5 um.

En partikel med en sfärisk diameter inom dessa gränser har ungefär samma storlek som en pigmentpartikel och skulle därför inte orsaka några reologiska problem eller ytbehandlingsskador på t.ex. filmpress eller bladbestrykning.

Uppfinningen hänför sig dessutom till en process för tillverkning av ytbehandlat papper eller kartong, såsom Papper, bläckstråletryck. Denna process innefattar stegen med att kartong eller annan fiberbana som lämpar sig för bilda en fiberbana från massa och yt- eller limbehandla fiberbanan med minst ett lager av ytbehandlingskompositionen 10 15 20 25 30 535 415 9 enligt uppfinningen. Limbehandlingen av fiberbanans yta kan i enlighet med uppfinningen appliceras i torksektionen, t.ex. i en limpress, eller i pappersmaskinens våtparti. även innefatta efterföljande steg med behandling av fiberbanan så att det aktiva materialet frigörs från partiklarna pà fiberbanans yta. Detta kan uppnås i ett efterföljande steg i pappersmaskinen, t.ex. vid torkningen eller kalendreringen av den ytbehandlad banan eller genom att ändra pH-värdet, t.ex. genom att aktivera syror i kompositionen genom att tillsätta värme. Alternativt kan kärnmaterialet frigöras när materialet utsätts för värme och/eller tryck i tryckpressen vid tryckningen av den ytbehandlad banan.

Uppfinningen hänför sig vidare till en pappers- eller kartongprodukt innefattande ovanstående ytbehandlingskomposition och ett tryckt papper eller kartong innefattande dessa produkter och som helst tryckts med bläckstråletryckteknik. Det tryckta pappret eller kartongen som innefattar dessa pappers- och kartongprodukter bör helst tryckas med bläckstråleteknik under användandet av vattenbaserade pigmenterade bläck. Uppfinningen är dock inte begränsad till enbart bläckstråle, utan kan också användas för att förbättra tryckkvaliteten i t.ex. flexografi där man använder vattenbaserad färg eller pigmenterat bläck.

Uppfinningen kan också användas för hybridtryckta produkter, där en av tryckmetoderna baseras på pigmenterat, vattenbaserat bläckstrålebläck. Dessutom kan uppfinningen användas vid tryckning med hybridbläck, som här hänför sig till bläck som innehåller både färg- och pigmentpartiklar.

Processen kan 10 15 20 25 30 535 415 10 Detaljerad beskrivning av uppfinningen Ytbehandlingskompositionen i denna uppfinning innefattar partiklar med höga koncentrationer av aktiva material, vilket aktiva material frigörs från partiklarna pà ett kontrollerat sätt, efter att kompositionen har applicerats på en banas yta. Användningen av dessa partiklar i kompositionen minskar ' de problem med reologi och viskositet som är förbundna med tidigare kompositioner innefattande så höga koncentrationer av de aktiva materialen som uppfinningen. Följaktligen kan högre koncentrationer av de aktiva materialen användas utan att orsaka problem med reologi eller viskositet.

Med uttrycket “frigör N från partiklarna” såsom det används häri, avses att det aktiva materialet omvandlas från ett tillstånd där det är inneslutet i eller på annat sätt är en del av en partikel, till ett tillstànd vari det aktiva materialet inte är en del av en partikelform, utan i kontakt med banans yta. Därmed kan det aktiva materialet frigöras från partikeln som ett separat material eller kan frigöras från partikeln i en bunden form, t.ex. bunden eller på annat sätt fäst vid det stödjande eller bindande materialet.

Uppfinningen är speciellt fördelaktig vid dosering av salt av multivalenta joner till lim, speciellt till ett anjoniskt lim, för att förbättra tryckbarheten med bläckstråle på papper och kartong. Dessa salter kan t.ex. vara kalciumklorid, aluminumklorid, magnesiumklorid, magnesiumbromid, kalciumbromid, bariumklorid, kalciumnitrat, magnesiumnitrat, bariumnitrat, kalciumacetat, magnesiumacetat eller bariumacetat. Nämnda anjoniska limningskomposition kan 10 15 20 25 30 535 416 11 t.ex. innefatta anjoniska hartstvålslimämnen, anjoniska polymerstyrenmaleinsyraanhydrid limämnen eller polyaluminiumklorid.

Partiklarna enligt uppfinningen kan vara av en kärn/skalkonstruktion med det aktiva materialet inkapslat som en kärna i ett skal av ett stödjande material. Sådana partiklar kan tillverkas genom att använda t.ex. en emulsions polymeriseringsmetod.

Alternativt kan partiklarna vara av en kompositkonstruktion som utgör det aktiva materialet och stödmaterialet.

Partiklarna kan t.ex. vara kompositer av kalciumstearat och kalciumklorid. Sådana partiklar kan utgöra kalcium till en mängd av 50 vikt-% eller mer. En partikel av kalciumstearat/kalciumklorid kan formas genom att blanda kalciumstearat och kalciumklorid i en batchprocess. Partikeln som bildats stabiliseras därefter genom användning av t.ex. stärkelse och ytaktiva ämnen.

Partiklarna kan också bildas genom att t.ex. torrblanda kalciumstearat och kalciumklorid, varvid blandningen mals och slutligen fragmenteras. Partiklarna kan därefter stabiliseras i en lösning genom att använda det nämnda stabiliseringssystemet.

Kompositmaterialen kan också skapas genom användning av en spinning-metod som t.ex. elektrospinning, vàtspinning eller elektrosprayning. I en sådan metod blandas ett vattenlösligt vax med t.ex. kalciumklorid och spinns därefter. Temperaturen pà lösningen ska helst vara över smältpunkten för stöd- eller bindningsmaterialet, t.ex. vax, för att garantera att det kan lösas upp och blandas med de tillsatta komponenterna. 535 415 12 Materialen kan spinnas eller sprayas (partiklar) direkt på substratet eller indirekt på en annan uppsamlingsplatta, eller alternativt till i en lösning.

Claims (18)

10 15 20 25 30 535 416 Krav

1. En ytbehandlingskomposition för papper, kartong eller annan fiberbana, vilken komposition innefattar partiklar som innefattar ett aktivt material, innefattande ett salt av en multivalent metall, och ett stödmaterial, vari stödmaterialet är anpassat till att frigöra det aktiva materialet från partiklarna när det utsätts för värme och tryck, vari stödmaterialet väljs från gruppen som består av vaxer, som t.ex. polyetylenvaxer, polypropylenvaxer, triglycerider, metalltvålar och sampolymerer av t.ex. styren/akrylat eller Styren/butadien eller en kombination av några av dessa, vari det aktiva materialet innefattar en syra.

2. En komposition enligt krav 1, vari det aktiva materialet innefattar kalciumsalt, såsom kalciumklorid.

3. En komposition enligt något av kraven 1-2, vari stödmaterialet är värmekänsligt och har en smältpunkt eller en punkt för övergång av andra ordningen på mellan 60-180 °C, företrädesvis mellan 70-110 °C.

4. En komposition enligt något av kraven 1-3, vari partiklarna innefattar en kärna innefattande det aktiva materialet, vilken kärna är inkapslad i ett skal innefattande stödmaterialet.

5. En komposition enligt krav 4, vari kärnan innefattar det aktiva materialet och ett bindande material och vari skalet är tillverkat av stödmaterialet. 10 15 20 25 30 535 415

6. En komposition enligt krav 5, vari det bindande materialet väljs från gruppen som består av vaxer, som t.ex. polyetylenvaxer, triglycerider, metalltvålar eller sampolymerer av t.ex. styren/akrylat eller styren/butadien.

7. En komposition enligt något av kraven 1-6, vari partiklarna innefattar det aktiva materialet till en mängd pà åtminstone 50 vikt-%, vikt-%. företrädesvis 75 vikt-%, allra helst 80

8. En komposition enligt något av kraven l-7, vari stodmaterialet är anpassat till att frigöra det aktiva materialet under kalendreringen av ett papper, kartong eller fiberbana, vilken har ytbehandlats med kompositionen.

9. En komposition enligt något av kraven 1-7, vari stödmaterialet är anpassat till att frigöra det aktiva materialet under torkning av ett papper, kartong eller en fiberbana som har ytbehandlats med kompositionen.

10. En komposition enligt något av kraven l-9, vari partiklarna vidare innefattar minst en stabilisator, såsom en hydrokolloid och/eller ytaktiva ämnen.

11. ll. En komposition enligt något av kraven l-10, vari kompositionen är anjoniskt, amfoteriskt eller icke joniskt laddad.

12. En komposition enligt något av kraven 1-ll, vari kompositionen ytterligare innefattar åtminstone minst ett lim- eller bestrykningsämne. 10 15 20 25 30 535 416 \5

13. En komposition enligt något av kraven 1-12, vari partiklarnas sfäriska diameter är mellan 100-0,01 pm, företrädesvis mellan 50-0,1 pm och allra helst mellan 10-0,5 pm.

14. En process för tillverkning av ett ytbehandlat och tryckt papper, kartong eller annan fiberbana innefattande följande steg: a) bildning av en fiberbana från massa, b) bestrykning eller limning av fiberbanan med minst ett lager, varvid fiberbanan bestryks eller limmas med en ytbehandlingskomposition, vilken komposition innefattar partiklar som innefattar ett aktivt material, innefattande ett salt av en multivalent metall, och ett stödmaterial, c) frigöring av det aktiva materialet från partiklarna på ytan av fiberbanan genom tillförsel av värme och tryck, och d) tryckning på det resulterande ytbehandlade pappret, kartongen eller fiberbanan med bläckstràleteknik.

15. En process enligt krav 14, innefattande steget med torkning av fiberbanan, vid vilken torkning det aktiva materialet frigörs från partiklarna på fiberbanans yta.

16. En process enligt krav 14, innefattande steget med kalandrering av fiberbanan, vid vilket kalandreringssteg det aktiva materialet frigörs från partiklarna på fiberbanans yta.

17. En pappers- eller kartongprodukt som innefattar en ytbehandlingskomposition enligt något av kraven l~13.

18. Ett bläckstråletryckt papper eller kartong innefattande en pappers- eller kartongprodukt som är 535 415 H0 ytbehandlad med en komposition innefattande partiklar som innefattar ett aktivt material, innefattande ett salt av en multivalent metall, och ett stödmaterial, vari stödmaterialet är anpassat till att frigöra det aktiva materialet från partiklarna när det utsätts för värme och tryck.