SU416963A3 - - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к целлюлозно-бумажной промышленности.

Известны различные составы дл  меловани  бумаги и картона, включающие тонко измельченный неорганический пигмент и св зующее.

Цель изобретени  - улучшить качество и снизить вес покрыти .

Дл  этого в состав дополнительно ввод т в качестве пигмента нерастворимую в воде мочевино-формальдегидную смолу с высокоразвитой поперечной св зью с частицами размером 2-3,5 MIKM и удельной поверхностью 15-75 в количестве 2-25% от веса неорганического пигмента.

Причем мочевино-формальдегидна  смола имеет оптимальную удельную поверхность по крайней мере пор дка 25 м2 на 1 г и плотность массы -менее 0,1 г на 1 мл.

Указанные пигменты из мочевино-формальдегидной смолы с сильной поперечной св зью составл ют 2-25% или 3-15% от веса всех твердых частиц пигмента в покрытии. Баланс твердых частиц в покрытии должен составл ть с помощью обычных неорганических пигментов , используемых при меловании бумаги (папример , глина, тальк, титан или дополненные титановые составы, алюминий, сульфат бари , карбонат кальци , сульфат кальци , окись

цинка, двуокись кремни  и т. д.). Однако каолиновые глины тонкого помола (размер частиц не более 2 мкм) наиболее употребительны в качестве пигментов дл  меловани . Особенно дл  издательских целей, такие глины дл  покрыти  часто содержат полностью или с незначительными добавлени ми от общего веса, твердые частицы пигмента в составе покрывающего красител , используемого в

насто щее врем . Преимущества использовани  пигментов из мочевино-формальдегидных смол с сильной поперечной св зью про вл ютс  в системах, основой которых  вл етс  глина.

Будучи по существу инертными, мочевиноформальдегидные смолы, используемые в качестве дополнительных пигментов дл  меловани  бумаги, пригодны дл  использовани  не только с обычными неорганическими пигментами , но также с важными адгезивными св зующими системами и различными добавками, используемыми в мелованных составах. Таким образом, в качестве св зующего может быть использована люба  из широко известных модифицированных или преобразованных крахмальных систем в окисленной, гидролизной, оксиэтилированной форме н т. д. Кроме того, с различными видами и типами крахмала могут использоватьс  другие полимерные св зующие системы, либо отдельно, либо в комбинащии (с крахмалами или друг с другом), как например, казеины, соевой протеин, поливиниловый спирт и многие различные типы латексов, ка/к например, поливинилаадетат, сополимеры стирен-бутадиена и различные полимеры акрилового типа.

В мелованный состав могут быть введены различные добавки, та.кие, как красители, парафины , диспергаторы, смачивающие реагенты или другие поверхностно-активные вещества , регул торы в зкости, неногасители, смазывающие вещества, пластификаторы, противостарктели и т. д.

При приготовлении состава приготавливают водный раствор или коллоидную дисперсию св зующего вещества. При использовании крахмалов, подогрев водной среды способствует ускорению образовани  раствора. Поглощак ща  способность дл  водного раствора крахмала составл ет 3-4,4 г на 1 г. Пигменты .могут добавл ть и диспергировать в водной среде св зующего вещества либо перед, либо после того, как св зующее вещест1во полностью растворено. Часто неорганические пигменты предварительно смачивают или диспергируют в виде кондентрированной водной суспензии перед тем, как добавл ть в св зующую среду. В любом случае порошок из мочевиноформальдегидной смолы с сильной поперечной св зью, используемый в качестве дополнительного пиг.мента, можно добавл ть в любой стадии процесса смещивани . Он может быть диспергирован либо в среде св зующего вещества или в предварительно диспергированной суспензии неорганического пигмента до того, как они комбинируютс , либо его Можно вводить в смесь пигментов после их комбинации . Более удобно вводить указанные смол ные пигменты ближе к концу процесса смещивани , нар ду с любыми добавка ми, требуемыми или .необходимыми дл  изготовлени  равномерной суспензии требуемой консистенции . Несмотр  на то, что указанные смол ные питменты имеют очень низкий объемный вес, они не затрудн ют обработку и введение их в состав в о-быч-ной практике в самых широких вариантах.

Используема  в качестве пигмента нерастворима  в воде мочевино-формальдегидна  смола представл ет собой, неплав щийс , медко измельченный порошок.

Мол рное отношение мочевины к формальдегиду , химически присоединенному в структуре этих смол, обычно .находитс  между 1 :1 и 1:2, а более желательно между 1:1,3 и 1 : 1,8. Кроме этого внутренн   структура этих СМ.ОЛ представл ет собой высокоразвитую поперечную св зь, что сказываетс  на их способности не плавитьс  и не раствор тьс  .в воде, т. е. существенно отлича  их от обычных плав щихс  в растворимых в воде мочевиноформальдегидных полимеров конденсатов. Хот  смолы с поперечной св зью промывают

водой с целью удалени  растворимых в воде солей или других побочных продуктов, они обычно содержат незначительное количество летучего вещества (т. е. вещества, удал ющегос  с помощью нагрева твердых частиц смолы до 135° С в течение 2 час. в вакуумной сушке при давлении 1 мм рт. ст.). За исключением I % влаги, эти vieTy4He вещества состо т из органических молекул с очень малым молекул рным весом, например, формальдегиды .

Однако частицы смолы, содержащие менее летучее вещество 10% от веса, более желательно , так как достигаетс  лучшее качество

и максимальна  зрительна  эффективность. Эти частицы смолы с поперечной св зью имеют оптимальную удельную поверхность в пределах 16-100 м на 1 г, а более желательно пор дка 25 м на 1 г при плотности массы .менее 0,1 г на мл. Кроме того, мочевино-формальдегидна  смола с поперечной св зью может иметь оптимальную удельную поверхность между 50 л 75 м на 1 г и основной размер агломерата между 2,0 и 3,5 мкл.

Продукты мочевино-формальдегидной полимериза .ции приготавливают реакцией формальдегида с мочевиной в соответствующих пропорци х в водном растворе при соответствующих услови х. При этом мол рные пропорции формальдегида и мочевины должны составл ть 1:1 - 1,8 : 1. Количество воды в реакционном растворе не должно быть меньше, чем общий вес органических реагентов, и во врем  реального образовани  и осаждени 

частиц нерастворимой смолы с поперечной св зью, должно значительно превышать общий вес всех других компонентов реакционной смеси. Соответствующие реакцио.нные температуры

обычно наход тс  в диапазоне от обычной комнатной темпеартуры до 100°С, предпочтительно 40-85° С. Пере.мешивание или друга  а.ктивизаци  в водной реакционной среде желательны, особенно во врем  поздних стадий реакции, когда образуютс  нерастворимые с высоким молекул рным весом частицы смолы с попереч:ной св зью.

Одним из наиболее важных условий, обеспечивающих успешное приготовление нерастворимых и растворимых, особых мочевиноформальдегидных смол требуемого качества, используемых в качестве дополнительного пигмента ,  вл етс  использование соответствующего .катализатора поперечной св зи во врем  смолообразующей реакции. Наилучшими катализаторами дл  этой цели  вл ютс  относительно сильные неорганические и/иди органические кислоты, например, серна , фосфорна , сульфаминова , хлоруксусна .

Кислотный отверждающий или образующий поперечную св зь катализатор должен и.меть посто нную ионизацию более 10. Однако наиболее желательными катализаторами дл  изготовлени  продуктов  вл ютс  соли

сульфаминовой кислоты и/или растворимые в

воде соли кислого сернокислого аммони , как например, одинарный бисульфат аммони  и основные производные его, в которых простой радикал у-глеводородиого типа, например метилова  группа, заменен одним из атомов водорода в указанной «аммониевой структуре.

Несмотр  на то, что эти кислотные катализаторы могут присутствовать в реакционной среде с самого начала, желательно проводить реакцию формировани  мочевино-фоомальдегидной смолы в два этапа. В первой стадии моче1вина и формальдегид реагируют обычно в соответствии с обычным механизмом конденсации , образу  растворимый в воде предварительный конденсат с малым молекул рным весом, а во второй - кислотный отверждающий катализатор ввод т дл  обеспечени  последующей реакции и образовани  поперечных св зей при образовании нерастворимого особого твёрдого вещества. Интенсивность смещивани  в реакционной среде увеличиваетс , когда ввод т катализатор с целью сведени  к минимуму непрерывного образовани  более сильно диспергированных особых твердых агрегатов.

Вне зависимости от того присутствует катализатор во 1всей реаиции или добавл етс  только в последней стадии, окончательна  нерастворима  смола в твердом виде регенернруетс  из водного раствора с помощью обычной технологии, включа  одну или более операций (например, фильтрацию, центрифугирование и высушивание). Продукт конечной реакции может подвергатьс  различным операци м раздроблени  или обработке в ударной мельнице, включа  такие устройства, как шаро1ва  или разбивна  мельницы, обработка с помощью энергии струи жидкости или высокоскоростной дисковой мельницы и т. д.

Предлагаемый состав позвол ет получить мелованные покрыти  с большей рассеивающей способностью, степенью белизны и контрастностью , чем известные.

Пример 1. Использование мочевино-формальдегидной смолы с поперечной св зью в качестве пигмента дл  меловани  бумаги.

Св зующую среду -водного крахмала приготовл ют смачиванием 20 вес. ч. - MR окисленного кукурузного крахмала 80 вес. ч. воды и нагревом полученной смеси до 87-93,3°С в течение 20 мин. с целью получени  нолного растворени .

Указанную св зующую среду затем используют дл  приготовлени  нескольких различных замесов глинистого отбеливающего красител  за счет смешива-ни  с ним различных количеств механически расслоенной каолиновой глины, твердого вещества глины дл  меловани  бумаги. Количество использованного в этих замесах вещества глины составл ет 100- 133 вес. ч. на 100 ч. крахмального раствора, обеспечива  таким образом, диапазон отношени  св зующего вещества к пигменту .пор дка 20 и 15 вес. ч. сухого св зующего вещества на 100 ч. пигмента. Каждую взвесь наполн ющего красител  дополнительно снабжают одинаковым количеством присадок вместе с достаточным добавленнем воды дл  доведени  окончательной взвеси до рН пор дка 7,5. Окончательное содержание твердых частиц бывает обычно пор дка 50% (± 5%) от веса. Таким же способом св зующий агент используют дл  приготовлени  р да замесов покрывающего красител , в каждом из которых

пигмент составл ет 90% от веса указанной глины и 10% от веса пигмента из смолы с поперечной св ью. Общее количество пигмента , диспергированного в этих замесах, ваоьирует от минимума 90 ч. глины + 10 ч. смолистого пигмента до максимума 119,7 ч. глины -+- 13,3 ч. смолистого пигмента, чтобы перекрывать один и тот же весовой диапазон 20-15 ч. сухого св зующего вещества на 100 ч. пигмента, как в случае использовани 

полностью из глины суспензий наполн ющего красител . Кроме того, каждую суспензию пигмента обрабатывают с помощью дополнительных присадок вместе с соответствующим количеством воды дл  доведени  окончательно

рН взвеси до 7,5 и получени  отличной в зкости дл  наложени  на бумагу, использу  лабораторную технику.

Каждый из наполн ющих красителей накладывают на стандартный опьггный обпазец легкой издательской бумаги с целлюлозными волокнами . Эти красители тщательно нанос т (использу  лабораторную технику) с равномерной толщиной, предназначенной в каждом

случае дл  обеспечени  веса покрыти  (после высушивани  и выдерживани  при 25° С при относительной влажности 50%) пор дка 1 кг 600 г на сторону в стопе. После высушивани  и выдерживани  при определенной температуре , покрытые опытные листы помещают между стальным и ватным роликами при 65,9° С, использу  давление между роликами пор дка 252 кг на линейный дюйм щирины ролика и пропуска  каждую покрытую сторону

через два таких прохода.

Поверхностна  прочность каладнированного , обработанного покрыти  на бумаге с лицевой стороны указанных выще двух серий,

затем измер ют с помощью Методов Контрол  TAPPI (Техническа  ассоциаци  целлюлозной и бумажной промышленности США) РС-6. Покрытие, изготовленное из 17 ч. крахмального св зующего агента на 100 ч. веса

9/1 смеси ИЗ пигмента из смолы с попеоечной св зью и глины, соответствует поверхностттой прочности покрыти , содержащего 15 ч. крахмала на 100 ч. полностью из глины пигмента . (Обе величины поверхностной прочностп превышают прит жение Денчисон Вакс № 5). Эти два покрыти  могут быть выбраны д,п  непосредственного сравнени  оптических свойств и способности к печатанию с целью показать относительные свойства двух систбм

пигмента.

Твердые вещества из св зующего агента и пигмента, составл ющие эти два наполн ющие красител , показаны в табл. 1.

Таблица 1

Твердые частицы в составе покрывающих красителей

Таблица 2

Сравнение свойства мелованной бумаги (после каландировани )

Методы испытаний, использованные дл  проверки оптических свойсттв покрытий, были следующие TAPPI Стандартные испытани  Т-480-tS-65 дл  измерени  75% гл нцевой мелованной бумаги, TAPPI Стандартные испытани  Т-452 дл  измерени  степени белизны мелованной бумаги (при длине световой волны 457 ммкм), TAPPI Стандартные испытани  Т-425-OS-60, использу  диафанометр Брауха и Лома, дл  измерени  -коэффициента отражени  стандартной немелованной бумаги при стандартной -белой и черной фоне ( и ) и каждого мелованного образца при тех же фонах (Rep-w и Нср-ь). Из последних измерений было получено соотнощение контрастов Rep-В-Rcp-w в виде измерени  непрозрачности каждого мелованного листа . Кроме этого используютс  величины коэффициентов отражени  мелованной и немелованной бумаги дл  расчета рассеивающей способности покрытий с ПОМОЩЬЮ известной теории Кубелка-Мунка и уравнений дл  светового рассеивани . Таким образом, расчеты дали возможность получить удельное рассеивание на 400 гр. покрыти , когда оно равномерно распределено на стопу бумаги.

В конце табл. 2 имеютс  величины гладкости по Шеффилду дл  лицевой стороны мелованной бумаги, измеренные согласно TAPPI испытани м RC-360 и давшие в результате печатные характеристики каждого типа мелованной бумаги, когда лицева  сторона ее подвергалась испытани м на пропитку (как описано в TAPPI стандарт RC-19). Необходимо отметить, что все измеренные величины, приведенные в таблице,  вл ютс  средними.

Пигментные системы, составленные из 9 ч. глины 4- I ч. дополнительного смолистого пигмента, дают по.крытие дл  бумаги значительно большей рассеивающей способности, чем дают пигменты полностью из глины и что это показывает улучшенные свойства относительно степени белизны мелованной бумаги . Во всех других отношени х, включа 

испытани  Kand v InK, два мелованных образца имеют равные характеристики.

Пример 2. Использование мочевино-формальдегидной смолы с поперечной св зью з

качест1ве пигмента дл  меловани  бумаги.

В примере 1 замесы наполн ющего красител , изготовленного из различных пропорций св зующего окисленного крахмала с пигментом , разделены на две серии, перва  из которых использует только глину дл  меловани  типа LAMNAR, в качестве пигмента, а втора  - пигментную комбинацию, состо щую из 98 вес. ч. такой же глины + 7 вес. ч. смолистого пигмента. Опытные покрыти  изготовлены из тех же различных наполн ющих красителей в замесах и нанесены на стандартные бумажные образцы. Полученные покрытые бумажные образцы высушивают и обрабатывают с помощью таких же процессов, за исключением того, что использовались несколько другие услови  каландрировани .

При проверке поверхностной прочности этих различных цокрытий на лицевой стороне бумаги с использованием испытаний TAPPI RC-6 было обнаружено, что два покрывающих Красител , отмеченных в насто щей таблице, были эквивалентны в этом отношении. (У обоих поверхностные прочности превышали раст гивающее усилие Деннисон Вакс № 7).

9

Содержание твердых частиц в покрывающих красител х приведено в табл. 3.

Таблица 3

Оптические свойства и внешние параметры были переделаны дл  каждого из указанных выше покрытий после наложени  1,81 кг обработанного материала на сторону на стопу с обеих сторон стандартной опытной бумаги и каландрированной между стальным и ватным роликами при 65,5° С, использу  давление в проходе пор дка 251 кг на линейный см ширины ролика и 3 прохода дл  каждой покрытой стороны.

Результаты этих испытаний показаны в табл. 4, в которой величины получены с помон1 ,ью таких же методов испытаний, котооые

Таблица 4

Сравнение свойств мелованной бумаги (после каландрировани )

10

описаны в примере 1, за исключением того, что в данном случае степень белизны мелованных листов была определена с помош,ью прибора диафанометра Брауха и Лома на 5 опытной бумаге, подготовленной в стопу листов .

Таблица 4. Сравнение свойств меловапнои бумаги (после к ландрирсванп ). Несмотр  на то, что указанные выше данные только в незначительной степени показывают улучшени  степени белизны дл  опытного покрыти  13-IB (содержащего комбинированный ), зтшчнтельные улуч нени  в удельной рассеивающей способностн получены уже в примере 1. В насто щем примере практика показывает увеличение коэффин.иента контрастности мелованной бумаги, который значительно возрос, как показано в табл. до такой степени, что только 0,7 кг/см рулона

0 опытного покрыти  13-ТВ может быть использовано дл  получени  такой же степени непрозрачности, что и дл  0,8 кг/см рулона контрольного покпыти  14-2В (солепл аи1его пиимент. полностью из глины).

5 75% гл пен. гладкость и результаты испытаний на пропитку иоказали, что печатна 

способность меЛОВПИПЫХ ГИПОВ

должна быть одинаковой. Такой ВНБО.Т. полностью подтверждаетс  ппи помоити nenocnei,0 ственного сра нони  полного топа и 120 стпок полутоновой прч ти на ппопечатном станке В нлепк ка. исполь   типографскую кпаску MaCTepfa-T.eatsettincT Ink.

Опытное покрытие 13-ТВ, в ппиве енном

5 выше ппилтеге н гото лрнтое из ЧЯ т-лтгты и 7 ч. смолистого пттгмента, изменено. ИСПОЛЬЗУЯ ПегЬопт; Л 280 кпахмал, пт.троксзтзтттлттрованный твеплый . в есто окиС.ленното св зуюн;его кп ултала, использованпого пепво0 начально. Эквивалентное покрытие (с точки

ЗПенИЯ ПОПРГ1Х О ИОЙ ПРОиттогти .тлЧТПРО. UPf

ЛРИНИСОН BRKP № 7 Б ТАРРТ испытани х RC-6V содр ж 1Т1ее 18 ч. св зуютнего тветогп вртттеств  на 100 ч. обтиего пигмента и пор дка

5 50% обпнх тпрп-тых частнтт во покпываютнего кпасттрл . Мелов ннлю т зготавлив тпт ук чрттьтм сиогпбпм тт ПОЛВРПГ Т таким жр ттгпытатти  т. показыва  величины хал ктетистик. соврпгиенно равные . что

0 показаны в табл. 4 дл  мелованной бумаги с первоначальным покпытием 13-ТВ. Аналогичные пез тьтаты получены также дл  ДРУГОГО тонко из олотого нроргаттичрского пигмента . Тспо.тьзхтлтого вместо содержащего

5 глииу в ппечиств чО1ием иримеое.

Дальнейине ттспь-ттачи . ИСПОЛЬЗУЯ ДЛУГТР пппоитк из мо Рвтпто-Фопма.тьлр тттн й РМПЛЧ с попелрчиг1Й св зью р 1тз трчетптем пптилт льной уде.тьной повепхносттт и пазмрра ar.invp. рата. потгаз ли. что итте льчым n OTyKTO-iT тл исттользов ни  г т ким покрытием толжно иметь оптим льную дельную повепхность между 50 и 75 .т на 1 г. средний пазмер агломерата мелду 2,0 и 3,5 мк и поглощающую

11

способность дл  водного крахмального раствора между 3,0 и 4,4 г на 1 г.

Пример 3. Сравнение между использованием по1крывающего красител , содержащим смолу в качестве первичного нокрыти , и в качестве полного покрыти .

Использу  в качестве св зуюи1;его вещества Пенфард № 280 (тидроксиэтилированный крахмал), были изготовлены наполн ющие красители в соответствии с пролоради ми, показанными в табл. 5.

Таблица 5. Содержание твердых частиц в покрывающи красител х

Таблица 5

Содержание твердых частиц в покрывающих красител х

Сравнение мелованной бумаги (после каландрировани )

Приведенные выше данные показывают, что краситель, содержащий тонко измолотую мочевино-формальдегидную смолу с поперечной св зью в качестве дополнительного пигмента, может быть использован преимущест1венно либо как равномерное, однослойное покрытие, либо в неравномерном многослойном покрытии на бумаге. Песмотр  на то, что рассеивак ща  способность, непрозрачность и степень белизны имеют максимальные значени  в од12

Стандартна  бумага дл  испытаний с основным весом 0,5 кг/см была покрыта тщательно с использованием указанных .выше покрытий трем  пут ми.

Во-первых, покрытие 19-2А было нанесено на бумагу, дав образец с 1,8 кг (вес обработанного покрыти ) на стопу с каждой стороны , затем покрытие 18-ЗА было использовано таким же образом, наконец кажда  сторона бумаги была покрыта сначала 0,5 кг/см 18-ЗА, затем нанесено верхнее покрытие пор дка 0,3 кг/см 19-2А. Все три мелованные бумаги после высущивани  и восстановлени  подвергают каландрированию при 65,5° С, использу  216 кг/см давлени  в проходе между ватным и стальным роликами и 2 прохода на сторону.

Осредненные результаты оптических и внешних параметров, измеренные на этих трех

сторонах бумаги, ноказаны в . 6 ниже, где методы испытаний вз ты из примера 2, за исключением того, что при проведении испытаний на впитываемость поглощение было проведено путем измерени  в % X (зеленый ) -отражательной способности - при помощи измерительного прибора после того, как краска была наложена и высушена обычным путем.

Таблица 6

нослойном равномерном покрытии, лучщие услови  могут быть получены в некоторых случа х дл  других параметров, например, гл нца , гладкости, способности к печатанию за счет использовани  гетерогенных многосложных систем.

Предмет изобретени 

Claims (4)

1. Состав дл  меловани  бумаги и картона, включающий тонко измельченный неорганиче13

ский пигмент и св зующее, о т л и ч а ю щ н нс   тем, что, с целью улучшени  качества снижени  веса покрыти , состав дополнительно содержит в качестве пигмента нерастворимую в воде мочевино-формальдегидную смолу с высокоразвлтой поперечной св зью с размером частиц агломерата основной смолы 2- 3,5 мк и удельной поверхностью 15-75 в .количестве 2-25% от веса пигмента в составе покрыти .

2.Состав по п. 1, отличающийс  тем, что мочевино-формальдегидна  смола имеет оптимальную удельную поверхность по крайней мере пор дка 25 м на 1 г и плотность массы менее 0,1 г на 1 мл.

3.Состав по п. 2, отличающийс  тем, что мочевино-формальдегидна  смола с поперечной св зью имеет оптимальную удельную поверхность между 50 и 75 м на 1 г и основ14

ной размер агломерата между 2,0 и 3,5 мк, а поглощающую способность дл  водного раствора крахмала между 3,0 п 4,4 г па 1 г.

4. Состав по п. 1, отличающийс  тем, что он содержит пор дка 15-60% веса тонко измолотого, совершенно нерастворимого в воде твердого пнгмента, суспендированного в водной жидкости, содержащей соответствуюHj ,ee адгезивное св зующее вен;,естзо в пропорции между 4 и 35% веса, исход  из o6niero веса указанных пигментов, в котором между 2 и 25% общего пигмента имеетс  совершенно неплав ща с , нерастворима  в воде мочевино-формальдегидна  смола с ноперечной св зью , имеюща  оптимальную удельную поверх5 ность не менее 25 м на грамм, н большую часть баланса указанного твердого пигмента составл ет каолинова  глпна дл  меловапи  бумаги.