SK286376B6

SK286376B6 - Farebná povlaková kompozícia, celulózový výrobok povlečený touto kompozíciou a vo vode rozpustný polymér obsiahnutý v tejto kompozícii

Info

Publication number: SK286376B6
Application number: SK112-2002A
Authority: SK
Inventors: Philip Mark Weston; Robert Cockcroft
Original assignee: Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Limited
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2008-08-05
Also published as: AU766634B2; JP2003505613A; AR024927A1; GB9917508D0; EP1198642B1; ATE286174T1; CA2378448A1; CZ296546B6; PL357101A1; ZA200200598B; NZ516650A; MXPA02000895A; WO2001007714A1; US6736936B1; HUP0201970A2; BR0012722B1; DE60017144D1; NO20020366D0; CN1183295C; NO20020366L

Abstract

Farebná povlaková kompozícia obsahujúca vodnú disperziu pigmentu, spojiva, fluorescenčného bieliaceho činidla a vo vode rozpustného polyméru vytvoreného z etylenicky nenasýteného monoméru rozpustnéhovo vode alebo zmesi monomérov, pričom vo vode rozpustný polymér v podstate pozostáva z 90 až 99,5 mol. % hydrofilných v podstate neiónových opakujúcich sa jednotiek a 0,5 až 10 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek a má priemernú molekulovú hmotnosť medzi 50 000 a 500 000.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka pigmentových povlakových kompozícií použiteľných pri výrobe povlcčeného papiera, lepenky a ďalších celulózových materiálov, najmä reologicky zlepšených povlakových kompozícií. Vynález sa taktiež týka povlečených výrobkov vyrobených s použitím uvedených povlakových kompozícií a nových polymérov, ktoré sa môžu použiť v uvedených povlakových kompozíciách.

Doterajší stav techniky

Nanášanie povlakových kompozícií na povrch vyrobeného papiera alebo lepenky, napríklad na zlepšenie ich potlačovateľnosti, lesku a optických vlastností, je známe. Takáto pigmentová kompozícia je známa ako po vlaková farba. Typická povlaková farba sa nanáša ako vodná disperzia obsahujúca zmes pigmentu alebo pigmentov so spojivom.

Všeobecne farebná povlaková kompozícia obsahuje jeden alebo viac pigmentov, fluorescenčné bieliace činidlo (FWA, Fluorescent Whitening agent), spojivo, Teologické modifikujúce činidlo a prípadne ďalšie chemické činidlá. Pigmentom je všeobecne biely anorganický časticový materiál, napríklad uhličitan vápenatý alebo kaolinický íl, a normálne tvorí aspoň 75 % hmotnosti, často aspoň 85 % hmotnosti, dispergovaného pevného podielu vo farebnej povlakovej kompozícii. Fluorescenčné bieliace činidlá (FWA), známe taktiež ako opticky zjasňujúce činidlá (OBA, Optical Brightening Agents), zlepšujú schopnosť odrážať svetlo, čím zlepšujú belosť a jas povlečeného hárka papiera alebo lepenky. Spojivo je v kompozícii obsiahnuté s cieľom viazať pigment na poťahovaný papier alebo lepenku a je normálne tvorené adhezívnym polymémym materiálom. Spojivom môže byť vodný latex obsahujúci dispergované častice vo vode nerozpustného adhezívneho polyméru. Alternatívne môže byť spojivom vodná kompozícia obsahujúca vo vode rozpustný škrob. Je taktiež možné, aby spojivo obsahovalo tak vodný latexový polymér ako škrob. Reológia farebnej povlakovej kompozície je normálne nastavená tak, aby zodpovedala danej špecifickej aplikácii.

Typicky sa farebná povlaková kompozícia nanáša na povrch papierového alebo lepenkového hárka prostredníctvom povlakového aplikátora, ktorým môže byť lišta alebo nôž. Nožové povlakové aplikátory sú obľúbené vzhľadom na to, že umožňujú rýchlosti povliekania presahujúce 1200 m/min. a používa sa pri nich obsah sušiny povlakovej kompozície až 70 %. Okrem toho sa pomocou nožového aplikátora dosahuje rovnomerné rozdelenie povlaku po povrchu papierového alebo lepenkového hárka s tým, že sa prebytok povlakovej kompozície odvádza a získa sa tak hladký, plochý povlečený povrch. Táto hladkosť a plochosť povlečeného povrchu papierového alebo lepenkového hárka je dôležitá vzhľadom na to, že čím je táto hladkosť a plochosť lepšia, tým je lepšia potlačovateľnosť povlečeného papierového alebo lepenkového hárka.

Normálne je nevyhnutné nastaviť reológiu povlakovej kompozície do veľmi úzkeho rozmedzia s cieľom dosiahnuť pokiaľ možno Čo najvýhodnejšiu reológiu pre danú špecifickú aplikáciu. Vzhľadom na to, že pri aplikácii povlakovej kompozície je táto kompozícia normálne vystavená vysokému šmykovému namáhaniu, je dôležité, aby nanášaná povlaková kompozícia mala správne nastavené vlastnosti toku a vodné retenčné vlastnosti. Z tohto dôvodu je štandardnou praxou zabudovanie Teologických modifikátorov do povlakovej kompozície. Vodná retenčná schopnosť povlakovej kompozície sa vzťahuje na schopnosti kompozície podržať v sebe vodu. Uvoľňovanie vody z povlakovej kompozície do povlečeného papierového alebo lepenkového hárka sa musí pokiaľ možno obmedziť na dosiahnutie hladkého povrchu získaného povlaku. Rýchlym prenikaním vody do papiera alebo lepenky by došlo k nadmernému odvedeniu vody z nanesenej povlakovej kompozície ešte pred tým, ako príde nanesená povlaková kompozícia do styku s aplikátorovým nožom, čo by zhoršilo schopnosť noža náležíte uhladiť povrch povlaku. Okrem toho nadmerné uvoľňovanie vody do papierového alebo lepenkového hárka môže viesť k nerovnomernej distribúcii spojiva, ktorá býva často označovaná ako migrácia spojiva. Typicky dochádza k migrácii spojiva v z-smcrc povlaku. Dôsledkom migrácie spojiva je zhoršenie povrchových vlastností naneseného povlaku.

Na zlepšenie reológie a retencie vody farebných povlakových kompozícií a z nich získaných povlakov sa použili rôzne polyméme materiály. Je veľmi dobre známe použitie prírodných polymérov, akými sú napríklad nátriumkarboxymctylcclulóza, hydroxyetylcelulóza, metylcelulóza a alginát sodný. Okrem toho sa na tento účel taktiež navrhli rôzne syntetické polyméry zahŕňajúce polyvinylalkohol a akrylové polyméry. Tak napríklad patentový dokument US 4 423 118 opisuje farebnú povlaková kompozíciu obsahujúcu ako zahusťovadlo kopolymér etylenicky nenasýtenej karboxylovej kyseliny, etylenicky nenasýteného amidu a hydrofóbneho monoméru, ktorý má obmedzenú rozpustnosť vo vode. Výhodné kopolyméry obsahujú medzi 30 a 97 % hmotn. kyseliny akrylovej, 1 až 50 hmotn. % akrylamidu a 2 až 70 % hmotn. akrylonitrilu.

V snahe dosiahnuť optimálne vlastnosti toku a optimálnu retenciu vody farebnej povlakovej kompozície môže dôjsť k tomu, že povrch povlečeného papierového alebo lepenkového hárka má zhoršené optické vlastnosti. Je takto žiaduce poskytnúť farebnú povlakovú kompozíciu, ktorá by si zachovala optimálne reologické vlastnosti a optimálnu retenciu vody a pritom mala zlepšené optické vlastnosti.

Podstata vynálezu

Vynález sa týka farebnej povlakovej kompozície obsahujúcej:

a) pigment,

b) spojivo,

c) fluorescenčné bieliace činidlo a

d) vo vode rozpustný polymér, vytvorený z etylenicky nenasýteného monoméru rozpustného vo vode alebo zmesi monomérov, pričom vo vode rozpustný polymér v podstate pozostáva z

i) 90 až 99,5 mol. % hydrofílných, v podstate neiónových opakujúcich sa jednotiek a ii) 0,5 až 10 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek, a má priemernú molekulovú hmotnosť medzi 50 000 a 500 000.

Pigmentom môže byť anorganický materiál, ako napríklad uhličitan vápenatý, kaolinitický íl, kremičitan hlinitý alebo kremičitan horečnatý, ako napríklad kaolín, síran bámatý, saténová bieloba, oxid titaničitý, mastenec, sadra a svetlá sľuda (muskovit). Alternatívne môže byť pigmentom polymémy plastický pigment tvorený mikrosférami, ktoré majú napríklad priemer 0,1 až 1,0 mikrometra, ktoré sú buď duté, alebo plné. Takéto polyméme plastické pigmenty môžu byť na báze polystyrénu, pričom tento polymér niekedy obsahuje butadiénové alebo akrylové zložky. Výhodne je však pigment tvorený anorganickou zlúčeninou, ktorou je výhodnejšie uhličitan vápenatý alebo hlinka, akou je napríklad kaolín alebo zmesi uhličitanu vápenatého s ílom. Voľba pigmentu alebo zmesi pigmentu je obvykle závislá od danej špecifickej aplikácie. Tak napríklad jednozložkové pigmentové povlaky na papieri s nízkou hmotnosťou povlaku (LWC, Low Coat Weight) sa môžu tvoriť iba ílom. Taktiež môže byť žiaduce naniesť na povrch papiera alebo lepenky niekoľko povlakov farebnej povlakovej kompozície. Prvý povlak (základový povlak) môže vhodne ako pigmentovú zložku obsahovať 100 % uhličitanu vápenatého, zatiaľ čo na vrchný povlak sa môžu vo funkcii pigmentovej zložky vhodne použiť zmesi uhličitanu vápenatého a ílu. Pigment sa normálne nachádza vo forme vodnej disperzie obvykle aspoň 40 alebo 50 % pevného podielu. Výhodne pigmentová disperzia obsahuje aspoň 60 alebo 70 % pevného podielu, pričom môže obsahovať až 80 % pevného podielu. Obzvlášť výhodná pigmentová disperzia obsahuje medzi 70 a 72 % uhličitanu vápenatého.

Na zaistenie stability pigmentovej disperzie je niekedy žiaduce zabudovať do disperzie dispergačné činidlo. Týmto dispergačným činidlom môže byť napríklad povrchovo aktívne činidlo, aj keď výhodnejšie je dispergačným činidlom polyméme dispergačné činidlo, napríklad relatívne nízkomolekulový vo vode rozpustný aniónový polymér. Obzvlášť výhodné sú polyakryláty sodné s molekulovou hmotnosťou v rozmedzí od 1 000 do 6 000, ktoré sú napríklad opísané v patentovom dokumente EP-B-129329.

Pigment normálne tvorí aspoň 75 % hmotnosti, napríklad aspoň 85 alebo 90 % hmotnosti celkového obsahu pevného podielu prítomného vo farebnej povlakovej kompozícii.

Spojivom môže byť napríklad vodná latexová polyméma disperzia na báze kopolymérov butadién/styrén, akrylonitril/butadién/styrén, estery kyseliny akrylovej, kyselina akrylová a jej estery/styrén/akrylonitril, etylén/vinylchlorid a etylén/vinylacetát, alebo homopolymérov, akými sú napríklad polyvinylchlorid, polyvinylidénchlorid, polyetylén a polyvinylacetát alebo polyuretány. Spojivové disperzie sa môžu pripraviť vodno-emulznou polymerizáciou. Výhodné spojivá sú tvorené kopolymérmi styrénu a butylakrylátu alebo styrénu, butadiénu a kyseliny akrylovej alebo styrén/butadiénovými kaučukmi. Ďalšie polyméme latexy, ktoré sa môžu taktiež použiť v rámci vynálezu, sú opísané napríklad v patentových dokumentoch US 3 265 654, 3 657 174, 3 547 899 a 3 240 740. Typicky uvedené disperzie obsahujú častice, ktoré majú veľkosť v rozmedzí od 0,05 do 2 mikrometrov, pričom obsah spojiva sa pohybuje medzi 40 a 55 % hmotnosti.

Fluorescenčným bieliacim činidlom (FWA) môže byť ľubovoľná chemická látka s fluorescenčnou schopnosťou na zachytávanie svetla z ultrafialovej oblasti zo svetelného spektra a emisiu tohto svetla vo viditeľnej oblasti svetla. Výhodne sú fluorescenčnými bieliacimi činidlami stilbénové fluorescenčné bieliace činidlá, ktoré sú napríklad opísané v patentových dokumentoch GB-A-2026566 a GB-A-2026054, alebo bis-stilbénové fluorescenčné bieliace činidlá, ktoré sú napríklad opísané v patentovom dokumente EP-A-624 687. Uvedené fluorescenčné bieliace činidlá zahŕňajú deriváty diaminostilbéndisulfónových kyselín a distyrylbifenylové deriváty. Výhodne sú uvedené fluorescenčné bieliace činidlá poskytované vo forme vodnej koncentrovanej suspenzie, obvykle obsahujúcej aspoň 30 % hmotnosti, napríklad asi 60 % hmotnosti pevného podielu.

Farebná povlaková kompozícia podľa vynálezu výhodne obsahuje 10 až 70 % hmotnosti pigmentu. Tento pigment je výhodne použitý v množstve, ktoré je dostatočné na dosiahnutie sušiny polymérnej zlúčeniny medzi 1 a 30 % hmotnosti, výhodne medzi 5 a 25 % hmotnosti, výhodnejšie medzi 7 a 20 % hmotnosti, vztiahnuté na hmotnosť pigmentu.

Množstvo fluorescenčného bieliaceho činidla, použité v rámci vynálezu, sa vypočíta tak, aby fluorescenčné bieliace činidlo bolo výhodne prítomné v množstve 0,01 až 1 % hmotnosti, vztiahnuté na hmotnosť pigmentu.

Reologický modifikátor sa výhodne použije v množstve 0,01 až 5 % hmotnosti, výhodne v množstve 0,05 až 2 % hmotnosti, výhodnejšie v množstve 0,1 až 2 % hmotnosti, vztiahnuté na hmotnosť pigmentu.

Vodná disperzia môže obsahovať medzi 50 a 80 % hmotnosti pevného podielu, vztiahnuté na celkovú hmotnosť disperzie, aj keď táto disperzia výhodne obsahuje asi 70 % hmotnosti pevného podielu, vztiahnuté na celkovú hmotnosť disperzie.

Výhodný spôsob prípravy farebnej povlakovej kompozície podľa vynálezu spočíva v zlúčení vodnej spojivovej emulzie a vodnej pigmentovej disperzie v množstvách, poskytujúcich vhodné pomery pigmentu a spojiva, a potom pridaní vodnej disperzie fluorescenčného bieliaceho činidla pri intenzívnom miešaní, aby sa zaistilo, že častice pigmentu, spojiva a fluorescenčného bieliaceho činidla sa rovnomerne rozdelia v celom vodnom prostredí. Potom môže byť nevyhnutné pridať dodatočnú vodu na dosiahnutie presného požadovaného obsahu pevného podielu. Výhodne sa vo vode rozpustný polymér (zložka (d)) pridá k vodnej disperzii v okamihu, keď už sú ostatné zložky dostatočne premiešané na zaistenie ich rovnomerného rozdelenia vo vodnom prostredí a keď už sa pridala prípadná voda. Je však možné miesiť uvedené zložky dohromady rôznym spôsobom. Tak napríklad fluorescenčná bieliaca formulácia môže byť zabudovaná do spojív, napríklad emulgovaním v tavenine.

Farebná povlaková kompozícia podľa vynálezu má optimálne reologické vlastnosti, vrátane dobrej retencie vody a poskytuje potiahnutý papierový alebo lepenkový hárok so zlepšenými optickými vlastnosťami, najmä so zlepšeným jasom a zlepšenou belosťou. Prekvapujúcim znakom vynálezu je, že tieto zlepšenia sú dôsledkom použitia polyméru (zložka (d)), ktorý má špecifickú kombináciu znakov, pričom týmito znakmi sú po prvé, že je v podstate tvorený 90 až 99,5 mol. % hydrofilných v podstate neiónových opakujúcich sa jednotiek a 0,5 až 10 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek a po dnihé, že má molekulovú hmotnosť v špecifickom rozmedzí 50 000 až 500 000.

Zložka (d) tvoriaca vo vode rozpustný polymér podľa vynálezu pôsobí vo farebnej povlakovej kompozícii podľa vynálezu ako reologický modifikátor alebo ako činidlo zlepšujúce retenciu vody. Je však zrejmé, že tento polymér taktiež zlepšuje optické vlastnosti povlečeného papierového alebo lepenkového hárka a nemal by sa teda považovať iba za reologický modifikátor. V skutočnosti sa môže vo vode rozpustný polymér (zložka (d)) považovať taktiež za zložku spolupôsobiacu pri zlepšení optických vlastností.

Vo vode rozpustný polymér podľa vynálezu je vytvorený z monoméru rozpustného vo vode alebo zmesi monomérov. Je žiaduce, aby rozpustnosť vo vode uvedeného monoméru alebo zmesi monomérov bola vyššia ako 5 g/100 ml, aj keď je výhodné, ak táto rozpustnosť vo vode sa aspoň rovná 10 g/100 ml. Monomér alebo zmes monomérov by v podstate nemali obsahovať žiadne vo vode nerozpustné monoméry, pričom prítomnosť takýchto vo vode nerozpustných monomérov by znižovala účinnosť farebnej povlakovej kompozície.

Vo vode rozpustný polymér podľa vynálezu v podstate pozostáva z 90 až 99,5 mol. % hydrofilných v podstate neiónových opakujúcich sa jednotiek a 0,5 až 10 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek. Tento polymér sa môže odvodiť od zmesi vo vode rozpustného neiónového etylenicky nenasýteného monoméru s vo vode rozpustným aniónovým etylenicky nenasýteným monomérom. Alternatívne sa môžu aniónové opakujúce sa jednotky generovať post-reakciou opakujúcich sa jednotiek, ktoré sú schopné prevedenia na aniónové skupiny. Tak napríklad opakujúce sa jednotky obsahujúce bočnú amidovú skupinu sa môžu hydrolyzovať pôsobením alkalického činidla za vzniku zodpovedajúcej karboxylovej kyseliny.

Vo vode rozpustný polymér sa výhodne poskytuje vo forme vodného roztoku, ktorý má napríklad koncentráciu medzi 10 a 25 %, najvýhodnejšie medzi 15 a 20 %. Tento polymér sa môže získať ľubovoľnou polymerizačnou technikou, napríklad technikou gélovej polymerizácie, suspenznej polymerizácie a reverzne fázovej emulznej polymerizácie alebo výhodne technikou polymerizácie roztoku. Takto sa môžu uvedené polyméry získať vo forme prášku, teliesok, vodného roztoku, reverzne fázovej emulzie alebo vo forme dehydratovanej reverzne fázovej emulzie (kvapalný disperzný polymér).

Hydrofilné v podstate neiónové opakujúce sa jednotky vo vode rozpustnej polymérnej zložky sú výhodne odvodené od vo vode rozpustného monoméru alebo zmesi monomérov zvolených z množiny zahŕňajúcej akrylamid, metakrylamid, V-vinvlpyrolidón. 7V-vinylkaprolaktám, hydroxyetylakrylát a hydroxyetylmetakrylát.

Vhodne sú aniónové opakujúce sa jednotky vo vode rozpustnej polymérnej zložky odvodené od vo vode rozpustného aniónového monoméru alebo zmesi monomérov zvolených z množiny zahŕňajúcej kyselinu akrylovú, kyselinu metakrylovú, kyselinu maleínovú, kyselinu itakónovú, kyselinu krotónovú, kyselinu 2-akrylamido-2-metylpropánsulfónovú, kyselinu alylsulfónovú a kyselinu vinylsulfónovú. Aniónový monomér alebo aniónové monoméry môžu byť prítomné vo forme voľnej kyseliny alebo vo forme vo vode rozpustnej soli alkalických kovov, alebo amónnej soli.

V rámci výhodného uskutočnenia vynálezu vo vode rozpustná polyméma zložka farebnej povlakovej kompozície v podstate pozostáva z:

i) 90 až 99,5, výhodnejšie 92,5 až 99 mol. % hydrofilných v podstate neiónových opakujúcich sa jednotiek a ii) 0,5 až 10, výhodnejšie 1 až 7,5 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek.

Zistilo sa, že účinnosť farebnej povlakovej kompozície je ďalej zlepšená v prípade, že vo vode rozpustná polyméma zložka obsahuje 2,5 až 5 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek. Takto obzvlášť výhodná forma farebnej povlakovej kompozície podľa vynálezu obsahuje vo vode rozpustný polymér v podstate pozostávajúci z

i) 95 až 97,5 mol. % hydrofilných v podstate neiónových opakujúcich sa jednotiek a ii) 2,5 až 5 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek.

Výhodne vo vode rozpustná polyméma zložka farebnej povlakovej kompozície má priemernú molekulovú hmotnosť medzi 50 000 a 300 000, výhodnejšie medzi 100 000 a 250 000 a najmä v rozmedzí od 150 000 do 250 000, obzvlášť v rozmedzí od 180 000 do 230 000 a najvýhodnejšie asi 200 000.

Ďalší predmet vynálezu sa vzťahuje na celulózový výrobok povlečený farebnou povlakovou kompozíciou tvorenou vodnou disperziou

a) pigmentu,

b) spojiva,

c) fluorescenčného bieliaceho činidla a

d) vo vode rozpustného polyméru, vytvoreného z etylenicky nenasýteného monoméru rozpustného vo vode alebo zmesi monomérov, pričom vo vode rozpustný polymér v podstate pozostáva z

i) 90 až 99,5 mol. % hydrofilných, v podstate neiónových opakujúcich sa jednotiek a ii) 0,5 až 10 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek, a má strednú molekulovú hmotnosť medzi 50 000 a 500 000.

Na povlečený celulózový výrobok podľa vynálezu sa vzťahujú takisto všetky výhodné uskutočnenia opísané pred týmto v súvislosti s farebnou povlakovou kompozíciou. Povlečený celulózový výrobok podľa vynálezu má zlepšenú potlačovateľnosť, zlepšený lesk a jas a zlepšenú belosť. Výhodne je povlečeným celulózovým výrobkom povlečený papier alebo povlečená lepenka.

Typicky sa môže povlečený celulózový výrobok získať vedením nepovlečeného celulózového výrobku cez nanášaciu stanicu, v ktorej sa na nepovlečený výrobok nanesie povlaková farba. Povlak sa potom nechá vyschnúť, pripadne s použitím sušičky produkujúcej teplý vzduch. V prípade, že je to žiaduce, môže sa na celulózový výrobok naniesť niekoľko vrstiev povlaku. V rámci výhodnej formy uskutočnenia, keď je povlečeným celulózovým výrobkom povlečený papier alebo povlečená lepenka, môže sa nepovlečený hárok papiera alebo lepenky viesť okolo povlakového aplikátora, ktorý môže zahŕňať náterovú lištu alebo nôž a z ktorého sa na povrch papierového alebo lepenkového hárka nanáša farebná povlaková kompozícia. Výhodné je, keď sa povlak nanesený na papierový alebo lepenkový hárok vysuší s použitím sušičky produkujúcej teplý vzduch. Na celulózový výrobok sa môže potom naniesť ďalšia povlaková vrstva. Taktiež môže byť žiaduce naniesť na povrch alebo povrchy papiera alebo lepenky niekoľko povlakov za vzniku viacvrstvového povlaku. Ďalej môže byť žiaduce vyleštiť získaný povlak, napríklad použitím kalandrovacieho zariadenia. Typicky sa povlečený hárok papiera alebo lepenky vedie medzi dvoma valcami, pričom jeden z týchto valcov je usporiadaný tak, že kĺže po povrchu povlaku, ktorý sa má vyleštiť. Tento kízavý účinok poskytuje vysoko lesklý povrch povlečeného hárka papiera alebo lepenky.

Ďalší predmet vynálezu zohľadňuje skutočnosť, že polymérna zložka farebnej povlakovej kompozície je novou zlúčeninou. V súlade s tým do rozsahu vynálezu spadá taktiež vo vode rozpustný polymér vytvorený z etylenicky nenasýteného monoméru rozpustného vo vode alebo zmesi monomérov a v podstate pozostávajúci z

i) 90 až 99,5 mol. % hydrofilných v podstate neiónových opakujúcich sa jednotiek a ii) 0,5 až 10 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek, pričom má strednú molekulovú hmotnosť medzi 50 a 500 000.

Na tento polymér sa vzťahujú všetky výhodné uskutočnenia, ktoré sa opísali pred týmto v súvislosti s farebnou povlakovou kompozíciou podľa vynálezu.

Vo vode rozpustný polymér je výhodne poskytnutý vo forme vodného roztoku, ktorý má napríklad koncentráciu 10 až 25 % a výhodnejšie koncentráciu 15 až 20 %. Tento polymér sa môže získať ľubovoľnou vhodnou polymerizačnou technikou, napríklad gélovou polymerizáciou, suspenznou polymerizáciou alebo polymerizáciou v roztoku. Ale polymerizácia vodného roztoku monoméru alebo zmesi monomérov predstavuje najvhodnejšiu polymerizačnú techniku vzhľadom na to, že v tomto prípade odpadá dodatočný rozpúšťači stupeň, ktorý by bol inak nevyhnutný na získanie polyméru s presne definovanou koncentráciou požadovanou pre danú špecifickú aplikáciu. Takto sa môže vodný roztok vo vode rozpustného polyméru vhodne získať pridaním vodného roztoku iniciátorov, napríklad peroxodvojsiranu amónneho, k 15 až 20 % vodného roztoku monoméru alebo zmesi monomérov počas miešania, zaisťujúceho náležitú distribúciu iniciátorov a polymerizujúceho materiálu v celom objeme polymerizačnej zmesi, a následným ponechaním spolymerizovaním získanej zmesi.

V nasledujúcej časti opisu bude vynález bližšie opísaný pomocou príkladov jeho konkrétneho uskutočnenia, pričom tieto príklady majú iba ilustračný charakter a nijako neobmedzujú vlastný rozsah vynálezu, ktorý je jednoznačne vymedzený definíciou patentových nárokov a obsahom opisnej časti.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Príprava polyméru A

Pripraví sa zmes monomérov obsahujúca 720 kg akrylamidu a 18 kg kyseliny akrylovej vo forme roztoku v 735 kg vody. Do reaktora sa zavedie 2300 kg vody, ku ktorej sa pridá 0,12 kg peroxodvojsíranu amónneho rozpusteného v 6 kg vody a získaná zmes sa dobre premieša. Pri miešaní obsahu reaktora sa potom do reaktora zavedie počas 1,5-hodiny uvedená zmes monomérov. Súčasne so začatím pridávania monomérov sa do reaktora pridá počas 2 hodín 1,41 kg peroxodvojsíranu amónneho rozpusteného v 150 kg vody. Po ukončení polymerizácie sa pH rezultujúceho vodného roztoku polyméru nastaví použitím 46 % roztoku hydroxidu sodného.

Príprava polyméru B

Opakuje sa postup prípravy polyméru A s výnimkou spočívajúcou v tom, že sa použije 702 kg akrylamidu a 36 kg kyseliny akrylovej.

Charakterizácia polymémych zložiek použitých vo farebnom povlakovom prípravku

Polyméry A a B sú kopolyméry akrylamidu s akrylátom sodným, ako je to uvedené v rámci priprav uvedených pred týmto. Polymér C je kopolymérom akrylamidu s akrylátom amónnym a polymér D je kopolymérom 50 % hmotnosti etylakrylátu a 50 % hmotnosti kyseliny metakrylovej. pripraveným vo forme vodnej emulzie a potom rozpusteným vo vodnom roztoku hydroxidu sodného na zmydelnenie csterových skupín. Charakteristiky polymérov sú zhrnuté v tabuľke 1.

Tabuľka 1

Polymér	Kompozícia (mol.%)	Koncentrácia polyméru (hmotn. %)	Stredná molekulová hmotnosť
AA	ACM	EA	MAA
A	2,5, Na-soľ	97,5			19,8	216 000
B	5, Na-soľ	95			19,6	242 000
C	20, NHj-soľ	80			16	450 000
D	-	-	46,2	53,8	30	250 000

AA = kyselina akrylová

A CM = akrylamid

EA = etylakrylát

MAA = kyselina metakrylová

Príklad 2

Príprava a testovanie farebnej povlakovej kompozície

Formulácia 1	Hmotnostné množstvo
Uhličitan vápenatý (95 % častíc je menších ako 2 mikrometre)	50 dielov
Kaolín (90 % častíc je menších ako 2 mikrometre)	50 dielov
Styrénbutadiénový polymérny latex (Dow DL 935)	10 dielov
Fluorescenčné bieliace činidlo (kyselina diaminostilbenhexasulfónová, Tinopal SPP)	1 diel.

Farebná povlaková kompozícia sa pripraví zmiešaním vodných disperzií kaolinického ílu a uhličitanu vápenatého. K tejto pigmentovej disperzii sa potom pridá styrén/butadiénový polymérny latex a k získanej zmesi sa pridá 1 diel fluorescenčného bieliaceho činidla, ktorým je kyselina diaminostilbenhexasulfónová (Tinopal SPP, komerčne dostupný v spoločnosti Ciba Specialty Chemicals).

Odoberú sa štyri vzorky disperzie, ktoré sa pridajú ku každému z polymérov A až D v dávke poskytujúcej viskozitu podľa Brookfielda v rozmedzí od 1800 do 2000 mPa.s. Vzorky farebnej povlakovej kompozície majú obsah pevného podielu 62 % a hodnotu pH rovnajúcu sa 8,2. Optimálna dávka pre každý z uvedených polymérov je uvedená v nasledujúcej tabuľke 2.

Tabuľka 2

Polymér	Dávka (% hmotn. vztiahnuté na hmotnosť pigmentu)
A	0,80
B	1,00
C	1,00
D	0,35

Retencia vody GWR (gsm)

Hodnoty retencie vody GWR sa merajú v gsm gravitačnom retenciometri (Gravimetric Water Retention Meter) s použitím parametrov dvojminútového zadržania, tlaku 0,15 MPa a 5 μιη polykarbonátového membránového filtra. Merania sú uskutočnené na každej vzorke obsahujúcej polyméry A až D. Získané výsledky merania retencie vody sú uvedené v nasledujúcej tabuľke 3.

Tabuľka 3

Polymér	Retencia vody GWR (gsm)
A	130
B	110
C	130
D	144

Viskozita pri vysokom šmykovom namáhaní

Viskozita pri vysokom šmykovom namáhaní sa meria v mPa.s vo viskozimetri ICI s kužeľom a doskou pri 10 000 s'¹. Výsledky merania uvedenej viskozity pre jednotlivé vzorky obsahujúce polyméry A až D sú uvedené v tabuľke 4.

Tabuľka 4

Polymér	Viskozita pri vysokom šmykovom namáhaní, 10 000 s’¹ (mPa.s)
A	220
B	145
C	105
D	60

Optické charakteristiky

Vzorky farebnej povlakovej kompozície obsahujúce polyméry A až D sa nanesú na papier s použitím k-lišty 3 na poskytnutie plošnej hmotnosti povlaku 20 g/m², načo sa v zariadení Technibrite ERIC 950 meria jas a belosť získaných povlakov. Výsledky merania j asu a belosti uvedených povlakov sú uvedené v tabuľke 5.

Tabuľka 5

Polymér	Jas ISO (%)	Belosť CIE (%)
A	81,65	74,24
B	81,35	72,7
C	81,0	72,85
D	79,98	71,0

Príklad 3

Príprava a testovanie farebnej povlakovej kompozície

Formulácia 2	Hmotnostné množstvo
Uhličitan vápenatý (75 % častíc má veľkosť menšiu ako 2 mikrometre)	100 dielov
Styrénakrylový polymémy latex	11 dielov
Fluorescenčné bieliace činidlo (kyselina diaminostilbentetrasulfónová)	1 diel.

Povlaková farba podľa formulácie 2 sa pripraví zmiešaním jednotlivých zložiek spôsobom, ktorý je analogický so spôsobom prípravy opísaným v príklade 2. Odoberú sa štyri vzorky disperzie a k týmto vzorkám sa pridajú polyméry A až D v množstve poskytujúcom viskozitu podľa Brookfíelda medzi 1100 a 1400 mPa.s. Vzorky farebnej povlakovej formulácie majú obsah pevného podielu 70 % a hodnotu pH rovnajúcu sa 9,0. Optimálne dávky pre každý polymér sú uvedené v tabuľke 6.

Tabuľka 6

Polymér	Dávka (% hmotn., vztiahnuté na hmotnosť pigmentu)
A	0,65
B	0,41
C	0,32
D	0,15

Retencia vody GWR (gsm)

Hodnoty retencie vody GWR sa merajú spôsobom opísaným v príklade 2. Výsledky merania retencie vody sú uvedené v tabuľke 7.

Tabuľka 7

Polymér	Retencia vody GWR (gsm)
A	180
B	190
C	200
D	191

Viskozita pri vysokom šmykovom namáhaní

Viskozita pri vysokom šmykovom namáhaní sa meria spôsobom opísaným v príklade 2. Výsledky merania viskozity pri vysokom šmykovom namáhaní sú uvedené v tabuľke 8.

Tabuľka 8

Polymér	Viskozita pri vysokom šmykovom namáhaní, 1000 s^-1 (mPa.s)
A	80
B	65
C	75
D	80

Optické charakteristiky

Vzorky farebnej povlakovej formulácie obsahujúce polyméry A až D sa nanesú na papier a jas a belosť získaného povlaku sa mena spôsobom uvedeným v príklade 2. Získané výsledky tohto merania sú uvedené v tabuľke 9.

Tabuľka 9

Polymér	JasISO (%)	Belosť CIE (%)
A	86,7	82,75
B	86,2	81,36
C	85,9	80,65
D	83,38	77,40

Príklad 4

Príprava a testovanie farebnej povlakovej kompozície

Formulácia 3	Hmotnostné množstvo
Uhličitan vápenatý (99 % častíc je menších ako 2 mikrometre)	20 dielov
Kaolinický íl	80 dielov
Styrénbutadiénakrylonitrilový polymémy latex	12 dielov
Fluorescenčné bieliace činidlo (kyselina diaminostilbenhexasulfónová, Tinopal SPP)	1 diel.

Povlaková farba podľa formulácie 3 sa pripraví zmiešaním príslušných zložiek spôsobom, ktorý je analogický so spôsobom prípravy uvedeným v príklade 2. Odoberú sa štyri vzorky disperzie a k týmto vzorkám sa pridajú polyméry A až D v dávke poskytujúcej viskozitu podľa Brookfíelda medzi 1800 a 2000 mPa.s. Vzorky farebnej povlakovej formulácie majú obsah pevného podielu 61,6 % a hodnotu pH rovnajúcu sa 7,5. Optimálne dávky každého polyméru sú uvedené v nasledujúcej tabuľke 10.

Tabuľka 10

Polymér	Dávka (% hmotn., vztiahnuté na hmotnosť pigmentu)
A	0,43
B	0,48
C	0,35
D	0,225

Retencia vody GWR (gsm)

Hodnoty retencie vody GWR sa merali spôsobom uvedeným v príklade 2. Získané výsledky merania retencie vody sú uvedené v tabuľke 11.

Tabuľka 11

Polymér	Retencia vody GWR (gsm)
A	130
B	110
C	130
D	120

Viskozita pri vysokom šmykovom namáhaní

Viskozita pri vysokom šmykovom namáhaní sa meria spôsobom uvedeným v príklade 2. Výsledky merania viskozity pri vysokom šmykovom namáhaní sú uvedené v tabuľke 12.

Tabuľka 12

Polymér	Viskozita pri vysokom šmykovom namáhaní, 10000 s'¹ (mPa.s)
A	435
B	250
C	100
D	135

Optické charakteristiky

Vzorky farebnej povlakovej formulácie obsahujúce polyméry A až D sa nanesú na papier a meria sa jas a belosť získaných povlakov spôsobom uvedeným v príklade 2. Výsledky týchto meraní sú uvedené v tabuľke 13.

Tabuľka 13

Polymér	Jas ISO (%)	Belosť CIE(%)
A	80,5	77,7
B	79,88	77
C	79,28	76,7
D	77,90	74,4

Uvedené výsledky jednoznačne ukazujú, že polyméry A a B poskytujú najlepšie výsledky z hľadiska reológie a jasu pre rôzne farebné povlakové formulácie obsahujúce odlišné typy pigmentov.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Farebná povlaková kompozícia obsahujúca vodnú disperziu a) pigmentu, b) spojiva, c) fluorescenčného bieliaceho činidla, d) vo vode rozpustného polyméru vytvoreného z etylenicky nenasýteného monoméru rozpustného vo vode alebo zmesi monomérov, vyznačujúca sa tým, že vo vode rozpustný polymér pozostáva z i) 90 až 99,5 mol. % hydrofllných neiónových opakujúcich sa jednotiek a ii) 0,5 až 10 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek, a má priemernú molekulovú hmotnosť medzi 50 000 a 500 000.

2. Farebná povlaková kompozícia podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že vo vode rozpustný polymér obsahuje hydrofilné neiónové opakujúce sa jednotky, ktoré sú odvodené od monomérov rozpustných vo vode, zvolených zo skupiny zahŕňajúcej akrylamid, metakrylamid, A-vinylpyrolidón, iV-vinylkaprolaktám, hydroxyetylakrylát a hydroxyetylmetakrylát.

3. Farebná povlaková kompozícia podľa nároku 1 alebo nároku 2, vyznačujúca sa tým, že vo vode rozpustný polymér obsahuje aniónové opakujúce sa jednotky, ktoré sú odvodené od aniónového monoméru rozpustného vo vode, zvoleného zo skupiny zahŕňajúcej kyselinu akrylovú, kyselinu metakrylovú, kyselinu maleínovú, kyselinu itakónovú, kyselinu krotónovú, kyselinu 2-akrylamido-2-metylpropánsulfónovú, kyselinu alylsulfónovú a kyselinu vinylsulfónovú, pričom monomér je vo forme voľnej kyseliny alebo vo vode rozpustnej soli alkalického kovu, alebo amónnej soli.

4. Farebná povlaková kompozícia podľa niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúca sa tým, že vo vode rozpustný polymér pozostáva z i) 92,5 až 99 mol. % hydrofllných neiónových opakujúcich sa jednotiek a ii) 1 až 7,5 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek.

5. Farebná povlaková kompozícia podľa niektorého z nárokov 1 až 4, vyznačujúca sa tým, že vo vode rozpustný polymér pozostáva z i) 95 až 97,5 mol. % hydrofllných neiónových opakujúcich sa jednotiek a ii) 2,5 až 5 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek.

6. Farebná povlaková kompozícia podľa niektorého z nárokov 1 až 5, vyznačujúca sa tým, že vo vode rozpustný polymér má priemernú molekulovú hmotnosť medzi 50 000 a 300 000.

7. Farebná povlaková kompozícia podľa niektorého z nárokov 1 až 6, vyznačujúca sa tým, že vo vode rozpustný polymér má priemernú molekulovú hmotnosť medzi 100 000 a 250 000.

8. Celulózový výrobok, ktorý je povlečený farebnou povlakovou kompozíciou podľa niektorého z nárokov 1 až 7.

9. Vo vode rozpustný polymér vytvorený z etylenicky nenasýteného monoméru rozpustného vo vode alebo zmesi monomérov, vyznačujúci sa tým, že vo vode rozpustný polymér pozostáva z i) 90 až 99,5 mol. % hydrofllných neiónových opakujúcich sa jednotiek a ii) 0,5 až 10 mol. % aniónových opakujúcich sa jednotiek, a má priemernú molekulovú hmotnosť medzi 50 000 a 500 000.