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PROCEDE DE FABRICATION DE PAPIER COUCHE.
La présente invention se rapporte à la fabrication de papier couché à surface coulée du type décrit dans le brevet américain n 1.719.166.
Suivant un procédé de fabrication d'un tel papier, on presse une nappe de papier comprenant une couche d'une composition aqueuse fluide de revêtement contenant un pigment et un adhésif contre une surface de coulée polie, ou lisse sans être polie. Le véhicule aqueux s'évapore presque en- tièrement de la couche de revêtement et le papier couché est ensuite détaché de la surface de coulée, à l'état fini et ne doit plus être supercalandré ou soumis à un autre traitement d'achèvement avant de servir de base pour des impressions soignées ou à d'autres fins.
La surface du papier couché obtenu par ce procédé est pratiquement la réplique de la surface de cou- lée et ces papiers possèdent un aspect plus agréable et, lorsqu'ils sont coulés sur une surface polie, un éclat beaucoup plus fort que les papiers d'imprimerie couchés déjà connus.
Pour obtenir des papiers couchés par coulée, de qualité uniformément élevée, la couche de revêtement doit adhérer assez fermement à la surface de coulée pour rester en contact intime et fixe avec elle pendant une période critique du séchage et du durcissement du revêtement aqueux à un état sensiblement non plastique, malgré les tensions de rétrécissement qui peuvent se manifester dans le papier.
Il est également nécessaire, pour que le papier couché par coulée puisse être fabriqué de faon continue, que la couche de revêtement se détache nettement et complètement de la surface de coulée après le séchage.
Si le revêtement séché adhère à la surface de coulée sur des zones impor- tantes, le revêtement et souvent le papier lui-même seront arrachés et la machine devra être arrêtée et nettoyée, puis reconditionnée complètement.
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Si l'adhérence ne se produit que dans de petites zones isolées, il est encore nécessaire, au bout d'un temps relativement court, d'arrêter la machine et de nettoyer la surface de coulée, parce qu'une surface même réduite adhérantà la surface de coulée compromet l'aspect du papier coulé à cet endroit à chaque tour du cylindre, et les dimensions de la.sufface augmentent à mesure:. que l'opération continue jusqu'à atteindre des dimensions inacceptables(.
Le but essentiel de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication continu d'un papier couché à surface obtenue par coulée, de qualité uniformément élevée, dans lequel le revêtement adhère fermement à la surface de coulée jusqu'à ce qu'il ait atteint par séchage un état sensiblement on plastique, le papier séché et couché se détachant cependant complètement et nettement de la surface de coulée, tout au long d'une série d'opérations continues et ininterrompues.
Le brevet américain n 2. 331.922 de la Demanderesse décrit un procédé de fabrication de papier couché et suivant une des formes de ce procédé, la surface revêtue de la feuille de papier est mise en contact avec un tambour d'achèvement portant à sa surface un film liquide d'huile pour empêcher que le revêtement adhère à la surface du tambour. De cette manière, la pellicule liquide d'huile empêche l'adhérence du revêtement encore plastique à la surface du tambour, et le papier obtenu a un aspect complètement différent d'un papier dont la surface est obtenue par coulée.
Contrairement à ce qu'on pourrait croire d'après l'action du film d'huile dans le procédé précité, on a découvert à présent qu'un film d'huile sur la surface de coulée, ou c e qu'on pense être un film d'huile, peut être rendu si mince que l'adhérence uniforme du revêtement humide ou plastique à la surface de coulée sur toute sa surface n'est pas réduite au point de modifier la surface coulée, tout en restant assez épais pour éliminer pratiquement la tendance du revêtement ayant atteint par séchage un état non plastique, à adhérer aux surfaces de coulée non traitées. Dans ce but, on pense qu'il suffit que la couche n'ait qu'une molécule ou quelques molécules d'épaisseur.
On sait que l'épaisseur de cette couche est sensiblement inférieureà la moitié de la longueur d'onde de la lumière visible, parce que les couches qui présentent les bandes irisées visibles dans des films d'épaisseur supérieure, ou qui peuvent être décelées à la surface par les essais habituels sont beaucoup trop épaisses pour permettre une adhérence suffisante du revêtement humide et pour obtenir un papier à surface coulée. On a également découvert qu'en fonctionnement pratique ces films ultra-minces perdent bientôt leur efficacité, vraisemblablement parce que l'huile est absorbée par le revêtement et entraînée avec le papier couché et séché, de sorte que le papier couché et séché adhère bientôt à la surface de coulée à moins que le film soit constamment reformé.
On a découvert encore qu'un film d'huile trop épais, qui ne permet pas d'obtenir un papier à surface coulée est bientôt réduit à l'épaisseur désirée par le même phénomène.
Ces constatations sont mises à profit dans le procédé préféré de la présente invention où, comme décrit plus loin, on établit d'abord un film continu sur une surface de coulée propre en la frottant par exemple par un agent oléagineux de conditionnement ou formant film, on réduit ensuite le film à l'épaisseur désirée et on le maintient à cette épaisseur pendant le procédé de coulée.
Si l'on veut obtenir un papier couché à surface coulée de qualité supérieure, la surface de coulée doit présenter un poli uniformément élevé d'un bout à l'autre et doit être exempte d'impuretés ou de matières étrangères dont les particules peuvent être trop petites pour être apergues mais qui peuvent faire adhérer le revêtement, et il faut donc nettoyer et polir soigneusement la surface de coulée immédiatement avant les opérations de coulée. Dans ce cas, l'établissement initial d'un film continu
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sur la surface de coulée peut être avantageusement exécuté en relation avec l'opération de polissage même.
Dans ce but, l'agent de polissage abrasif est mis en suspension dans un agent oléagineux formant film, ou mélangé à cet agent, qui peut être par exemple une huile végétale sulfonée ou un autre des agents d'addition de revêtement énumérés plus loin.
Après application de l'agent de conditionnement à la surface de coulée comme décrit ci-dessus, l'excès est éliminé en essuyant à l'aide d'un chiffon. A moins que cet essuyage soit très énergique et prolongé, la couche restant sur la surface de coulée aura une épaisseur trop forte qu'on peut réduire à l'épaisseur voulue pour obtenir un papier à surface coulée en faisant fonctionner la machine. Dans le cas de surface qui ne sont pas facilement mouillées par certaines matières oléagineuses,le mouil- lage par ces matières et l'étalement de ces matières peuvent être facili- tés en appliquant d'abord une couche de savon à la surface. Cette applica- tion peut être exécutée par un procédé quelconque, mais peut être avanta- geusement combinée à l'opération de polissage.
L'oléate de magnésium ou un autre savon insoluble d'un métal alcalino-terreux peut être utilisé de même que des savons solubles comme le stéarate d'ammonium, etc.. L'appli- cation du savon et de la matièreoléagineuse peut être avantageusement ef- fectuée simultanément en combinaison avec l'opération de polissage, en mé- langeant la matière oléagineuse et le savon à l'agent de polissage. Après polissage, la surface peut être essuyée comme mentionné ci-dessus.
On a trouvé que le film peut être maintenu en équilibre à l'épais- seur voulue en incorporant à la composition de revêtement une ou plusieurs matières oléagineuses ou agents tensio-actifs de nature oléagineuse, appe- lés ci-après "matières oléagineuses f ormant filme, qui peuvent être identi- ques aux matières utilisées pour la préparation initiale de la surface de coulée ou compatibles avec ces matières.
Des agents appropriés comprennent des huiles minérales et végétales ; corps gras et acides gras ; huiles et acides gras sulfatés ou sulfonés ; huiles, des corps gras et des acides gras saponifiés au moins en partie ; lesamines des acides gras supérieurs; le tributyl-phosphate ; graisses ; matières telles. que les huiles végétales hydrogénées qui peuvent être solides à la tempé- rature ordinaire mais liquides à la température de travail ; Sous ce rapport, on peut noter que, comme le pH des compositions de revêtement du type décrit est communément de l'ordre de 8 à 10, la plupart des huiles, des corps gras ou des acides gras saponifiables seront inévitablement sapo- nifiés au moins en partie, même si ces matières ne sont pas saponifiées au moment de leur addition au revêtement.
Certaines matières oléagineuses donnent de meilleurs résultats que d'autres et, dans l'ensemble, les huiles minérales semblent ne pas convenir aussi bien que les huiles végétales.
Les acides gras ; leshuiles,corps gras et acides gras saponifiés ; hui- les sulfonées; etc. ayant de 8 à 22 atomes de carbone dans la chaîne et qui ont tendance à'former des couches orientées, semblent être particuliè- rement utiles dans cette application. En général, toutes les matières oléa- gineuses sont utiles tant pour l'établissement initial du film que pour l'addition au revêtement, mais à des degrés différents. A la connaissance de la Demanderesse, n'importe quel liquide relativement insoluble dans l'eau, capable de mouiller la surface de coulée préparée et de s'étaler en un film continu sans cependant se vaporiser trop rapidement aux températures de travail (qui sont choisies suivant les conditions particulières à chaque cas et sont généralement comprises entre 130 et 210 F (55-100 C) peut conve- nir.
Ces matières sont désignées dans la présente description et dans les revendications par "matières oléagineuses formant film" bien que de nombreu- ses substances qui peuvent convenir ne tombent pas, au sens strict, dans cette catégorie.
Pour des raisons évidentes, des matières incolores et inodores sont particulièrement désirables bien que la quantité nécessaire soit en général si faible que la couleur et l'odeur de la matière, à moins qu'elle soit très prononcée, ne constituent pas un inconvénient. On a trouvé que
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l'huile de ricin sulfonée donne toute satisfaction pour de nombreux revêtements. L'huile de talle, sous-produit du procédé au sulfate pour la fabrication de pâte à papier peut également servir dans le présent procédé.
La quantité de matière oléagineuse formant film généralement utilisée dans le revêtement pour l'application envisagée est de l'ordre de 1/10% à 1% du poids sec de pigment. On a toutefois trouvé impossible d'établir des règles d'application générale pour déterminer les proportions de matière formant film nécessaires pour maintenir des conditions de travail optimum constantes, parce que la quantité nécessaire dans un cas déterminé dépend de la matière utilisée, du mode d'incorporation, de la composition du revêtement et des caractéristiques du lot de chacun des ingrédients utilisés. D'autre part, comme on le sait, la caséine du commerce contient des quantités variables de corps gras du beurre comme impureté.
Par conséquent, lorsqu'on utilise des compositions de revêtement contenant de la caséine comme adhésif, la quantité de corps gras du beurre présent dans la caséine doit être prise en considération pour déterminer la quantité de matière oléagineuse à incorporer au revêtement, Toutefois, en pratique, la quantité de matière oléagineuse à employer est facilement déterminée. On prépare d'abord la surface de coulée comme décrit plus haut, en incorporant la matière oléagineuse formant film au revêtement en proportions approximatives déduites-des exemples connus et on commence le travail. Si après quelques tours du tambour ou de la courroie de coulée on n'obtient pas un papier à surface coulée d'aspect brillant, il y a lieu de réduire la proportion de matière oléagineuse dans le revêtement.
D'autre part, si l'on constate à un moment quelconque une tendance du papier à adhérer à la surface de coulée, la proportion de matière oléagineuse dans la composition de revêtement doit être augmentée.
Lorsqu'on prépare et qu'on entretient une surface de coulée comme décrit ci-dessus, le revêtement y adhère si fermement qu'on ne décèle a u- cun mouvement relatif apparent entre le revêtement et la surface de coulée jusqu'au moment du durcissement du revêtement. Toutefois, le revêtement se détache facilement, nettement et complètement de la surface de coulée après séchage. On obtient un papier couché à surface coulée très brillante, et on peut continuer la fabrication pendant des périodes considérables sans arrêter la machine pour nettoyer ou polir la surface de coulée.
L'invention sera mieux comprise avec référence aux exemples cités.
Dans ces exemples, le revêtement adhère à la surface de coulée jusqu'à ce qu'il atteigne un état pratiquement non plastique, après quoi on le sépare, nettement, facilement et complètement de la surface de coulée et on obtient un papier couché à surface de coulée.
EXEMPLE 1. -
On prépare la matière de revêtement en mélangeant soigneusement 75 parties en poids de carbonate de calcium précipité finement divisé, 25 parties de kaolin finement criblé et 25 parties d'eau avec 12 parties (poids sec),de caséine dissoute dans de l'ammoniaque. On incorpore ensuite 1/8 de partie d'huile de ricin sulfonée et 1/20 de partie de tributyl-phosphate et on achève la préparation de la matière de revêtement en mélangeant soigneu- sement la composition à une quantité supplémentaire d'eau suffisante pour amener l'ensemble à une teneur en matière solide d'environ 50%.
La surface de coulée qui, dans cet exemple, est un cylindre tournant à surface chromée chauffé intérieurement, est préparée avant l'emploi en la polissant et en la frottant avec un abrasif en suspension dans de l'huile pour cylindre comprenant une base d'huile minérale en contenant 5 à 8% de suif, et en essuyant avec un chiffon doux.
La nappe de papier est une bonne qualité de papier à coucher pesant environ 43 livres (19,4 kg) par rame (500 feuilles de 25x38 pouces ( (62,7x96,4cm) ) sur lequelion a appliqué une légère couche de fond pendant la fabrication du papier sur la machine à papier. La composition de revê-
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tement décrite ci-dessus est appliquée sur une face du papier en excès de la quantité désirée et le papier est pressé contre la surface d'achè- vement, ce qui a pour effet de chasser l'excès de revêtement en laissant approximativement 12 livres (5,4 kg) de composition de revêtement par rame (poids sec).
L'opération est continuée et la pellicule d'huile recouvrant la surface de coulée atteint bientôt une épaisseur en équlibre avec la teneur en huile de la matière de revêtement,et on la maintient dans cet état d'équilibre. Le papier achevé présente une surface coulée caractéristique dont l'éclat équivaut à 85 sur l'appareil de mesure Bausch & Lomb.
EXEMPLE 2.
La matière de revêtement est préparée en mélangeant soigneusement 100 parties (poids sec) du carbonate de calcium finement précipité, 13 parties de caséine et 1/2 partie d'oxyde de zinc, avec une quantité suffisante d'hydroxyde d'ammonium pour dissoudre la caséine et former un composé complexe zinc/ammonium. Pendant le mélange, on ajoute assez d'eau pour amener l'ensemble des matières solides à 60 % environ. La composition a un pH de 9,3. On y incorpore environ 1/6 de partie en poids d'acide oléique et on mélange soigneusement l'ensemble.
Avant l'emploi, on ajoute de l'eau pour réduire le mélange à une teneur en matières solides d'environ 55 % On ajoute à ce moment environ 0,02 partie de tributyl-phosphate. La surface de coulée est un cylindre tournant à surface chromée chauffé intérieurement préparé avant l'emploi en le polissant à l'aide d'une poudre abrasive impalpable imprégnée d'huile de ricin puis en l'essuyant. Les opérations de revêtement et de coulée sont alors exécutées comme dans l'exemple 1.
EXEMPLE 3.
Le revêtement est analogue à celui de l'exemple 1, mais on utilise 100 parties de carbonate de calcium au lieu du mélange carbonateLkao- lin et 15 parties au lieu de 12 parties de caséine, on supprime l'huile de ricin sulfonée et on utilise 1/2 partie d'huile minérale (American White Oil) pour la remplacer. La surface de coulée est ici en nickel parfaitement poli au lieu de chrome. Avant l'emploi, on prépare la surface en la polissantal'aide d'un agent de polissage abrasif en suspension dans un émulsifiant contenant 80 parties d'eau, 20 parties d'huile minérale (la même huile qu'on incorpore au revêtement) et stabilisé par une petite quantité d'oléate d'ammonium.
EXEMPLE 4.
La composition de revêtement comprend 75 parties en poids de carbonate de calcium finement précipité, 25 parties de kaolin finement criblé, 15 parties de caséine en dispersion dans l'ammoniaque, 1/4 de partie d'huile de ricin sulfonée et 1/4 de partie d'huile de ricin avec assez d'eau pour ramener la teneur en matières solides à 52 % environ. La surface de coulée est une courroie sans fin ayant une surface de nickel poli. On la prépare en la polissant à l'aide d'un agent abrasif mélangé à 3 parties d'huile de ricin et à 1 partie d'huile de ricin sulfoné et en essuyant la surface à l'aide d'un chiffon doux.
EXEMPLE 5.
Le revêtement comprend 100 parties de carbonate de calcium finement précipité, 12 parties de caséine (poids sec) dissoute dans l'ammonia- que, auxquelles on ajoute 1/10 de partie d'huile de talle dans l'ammoniaque.
La surface de coulée à la forme d'une courroie sans fin ayant une surface en nickel poli. Avant de commencer les opérations, on polit cette surface à l'aide d'un composé du commerce contenant du rouge à polir et du suif.
Les opérations de revêtement et de coulée s'effectuent à la vitesse de 300 pieds par minute environ (90 m/min. ).
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EXEMPLE 6.
Le revêtement utilisé comprend 100 parties de carbonate de calcium finement précipité, 12 parties de caséine (poids sec) dissoute dans l'ammoniaque, 3/4 de partie d'huile de ricin sulfonée neutralisée par l'ammoniac ainsi qu'une quantité suffisante d'eau pour que l'ensemble ait une teneur en matières solides de 56%. La surface de coulée est en acier inoxydable et a la forme d'une courroie sans fin. On la prépare avant l'emploi en la polissant à l'aide d'un composé formé d'alumine en suspension dans.de l'huile pour cylindre à base d'huile minérale contenant une faible proportion de graisse animale et d'acide gras libre.
EXEMPLE 7.
Le revêtement comprend 100 parties de carbonate de calcium finement précipité avec 30 parties (poids sec) d'amidon et environ 3/4 partie d'huile de ricin sulfonée neutralisée par l'ammoniac ainsi qu'assez d'eau pour amener l'ensemble à 60 % environ de matières solides. La surface de coulée est un nickel poli préparé avant l'emploi à l'aide d'un agent de polissage dispersé dans un acide gras.
EXEMPLE 8.
Le revêtement comprend 100 parties de kaolin, 35 parties de caséine et 1/4 de partie d'huile de ricin sulfoné. La surface de coulée est en chrome, préparée comme dans l'exemple 2, et l'opération s'effectue comme dans cet exemple.
EXEMPLE 9.
La matière de revêtement contient 100 parties de carbonate de calcium finement précipité, 16 parties de caséine, 10 parties d'huile de ricin, 0,05 partie d'huile rouge turc avec de l'eau pour obtenir une composition de revêtement contenant environ 50 % de matières solides. La surface de coulée est en chrome poli et préparée comme décrit plus haut.
La matière de revêtement est appliquée au papier et séchée en contact avec la surface de coulée. Après que l'opération se soit poursuivie as- sez longtemps pour que s'établissent des conditions d'équilibre,le papier couché et séché se sépare facilement, nettement et complètement de la surface de coulée, tout en présentant une surface obtenue par coulée dont l'éclat élevé et uniforme (88 sur l'appareil Bausch & Lomb) montre que le revêtement a adhéré fermement à la surface de coulée jusqu'à ce qu'il soit complètement durci sous sa forme définitive.
Dans les exemples 1 à 8, les agents oléagineux ont été utilisés en quantités voisines des quantités minimum nécessaires, dans les conditions spécifiques précisées dans chaque cas afin d'entretenir sur la surface de roulée, pendant de longues périodes d'opération continue, et vraisemblablement par absorption aux dépens de la composition de revêtement, un film d'épaisseur optimum dans le but décrit. Cependant, d'après les expérien- ces de la Demanderesse, en recourant à un mélange prolongé ou à l'emploi d'agents émulsifiants appropriés, on peut incorporer au revêtement des proportions beaucoup plus importantes de matière oléagineuse, si on le désire, pour une raison quelconque, sans que le film sur la surface de cou- lée devienne si épais qu'il s'oppose à la formation d'une surface coulée sur le papier couché.
Cette caractéristique est illustrée par l'exemple
9 où la caséine sert probablement d'agent .émulsifiant, de sorte que seule une faible partie du total de l'huile est disponible à la surface de cou- lée et l'épaisseur du film d'huile n'est donc pas aussi forte qu'elle le serait normalement lorsqu'on augmente la teneur en huile de revêtement dans une mesure beaucoup plus faible.
Dans les revendications qui suivent, l'agent oléagineux à ajou- ter à la composition de revêtement afin de maintenir la surface du tam- bour dans l'état désiré est arbitrairement appelé "matière oléagineuse for- mant film" et on notera que l'indication dans les revendications d'une
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quantité spécifique d'une matière oléagineuse formant film ne peut limiter les revendications pour exclure des compositions de revêtement auxquelles on a ajouté une quantité plus forte d'huile ou de matière oléagineuse, en émulsifiant l'huile ou la matière oléagineuse ou en utilisant des agents émulsifiants ou en rendant indisponible d'une autre manière quelconque une partie de l'huile ou de la matière oléagineuse.
On remarquera également que s'il est désirable en pratique d'en- tretenir le film de matière oléagineuse sur la surface de coulée par addi- tion de la matière oléagineuse formant film à la composition de revêtement on peut travailler de façon continue en obtenant des résultats satisfaisants par une application périodique ou continue du composé oléagineux à la surfa- ce de coulée. Par exemple, si l'on utilise une courroie sans fin comme surface de coulée animée d'un mouvement continu, la surface de la courroie peut être traitée périodiquement ou continuellement pendant son trajet de retour par la substance oléagineuse, et le surplus éventuel peut être essuyé comme on l'a décrit plus haut pour la préparation initiale de la surface de coulée.
Le film ainsi appliqué peut être réglé, par exemple en appli- quant l'agent de conditionnement oléagineux sous forme d'une solution de concentration appropriée quelconque. Si la qualité du papier indique que l'adhérence n'a pas été maintenue pendant toute la période de séchage, la concentration de l'agent de conditionnement peut être réduite ou son application peut être temporairement suspendue jusqu'à ce que l'aspect du papier indique à nouveau des conditions de travail optimum. Au contraire, si le revêtement manifeste une tendance à adhérer à la surface de coulée, la concentration dé l'agent de conditionnement dans le solvant peut être augmentée jusqu'à ce qu'on obtienne à nouveau des conditions optimum.
Dans la description et dans les -revendications, la surface est dite recouverte d'un film ou d'une couche de matière oléagineuse. On la considère comme telle bien que le film ne puisse être vu et que sa présence ne puisse être décelée par les essais courants pour la détermination de la présence d'huile ou de matière analogue, parce que l'état de la surface semble être intermédiaire entre une surface portant un film décelable et sur laquelle on ne peut obtenir du papier à surface coulée, et une surface où toute trace d'huile ou de matière oléagineuse a été éliminée par lavage à l'aide d'un solvant d'une solution alcoolique de composé caustique ou analogue, et dont le papier couché et séché ne peut être détaché que par dé- sagrégation complète.
L'adhérence à la surface de coulée pendant le durcis- sement du revêtement jusqu'à un état non plastique et le fait que ce revê- tement se détache facilement après le séchage sont les seuls critères connus permettant de déterminer la présence du film dont il est question.
Bien qu'on ne sache pas de façon absolue si la matière oléagineuse est pré- sente sous la forme d'un film continu ou sous une autre forme, on suppose que l'état de la surface qui rend possible la fabrication continue de papier à surface coulée pendant de longues durées est dû soit à la présence d'un film invisible et continu de matière oléagineuse soit à celle d'un composé quelconque produit par application de la matière oléagineuse. On notera donc que l'expression "pellicule de matière oléagineuse formant film" est utilisée dans les revendications qui suivent pour définir l'état de la surface de coulée résultant de l'opération décrite, et non pour décrire un état de la surface de coulée directement déterminable par observation et mesure.
L'épaisseur du film de matière oléagineuse est définie plus haut comme étant inférieure à la moitié de la longueur d'onde de la lumière parce que c'est là le seul repère certain, mais on pense que l'épaisseur réelle est largement inférieure. La longueur d'onde de la lumière visible varie entre 4000 Angstrom à l'extrémité violette du spectre et 7000 ngstrom à l'extrémité rouge. Voir par exemple, page 2071, Handbook of Chemistry and Physics, Hodgman, 30e edition. On peut donc affirmer avec certitude que la pellicule de matière oléagineuse est sensiblement plus mince que
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2000 ngstrom.
L'expression "papier couché à surface coulée" utilisée dans les revendications qui suivent désigne un papier dans lequel la surface du revetement humide est pressée contre une surface de coulée et maintenue en relation fixe avec cette surface par l'adhérence entre la composition humide de revêtement et la surface de coulée, jusqu'à ce que la composition de revêtement soit séchée et cesse d'être plastique,les caractéristiques superficielles du papier étant alors une réplique des caractéristiques de la surface de coulée.
L'invention n'est pas limitée au procédé particulièrement décrit et de nombreuses modifications peuvent être apportées à ce procédé sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
REVENDICATIONS.
1. - Dans un procédé de fabrication de papier couché à surface coulée, ou une composition aqueuse de revêtement comprenant un adhésif et une charge insoluble et adhérant à l'état plastique à une surface de coulée lisse est amenée à un état non plastique sans cesser d'adhérer à la surface de coulée, un perfectionnement caractérisé en ce qu'on entretient sur la surface de coulée un film continu invisible de matière oléagineuse d'une épaisseur sensiblement inférieure à 2000 A, insuffisante pour empêcher l'adhérence du revêtement à la surface de coulée pendant que le revêtement est humide, mais d'une épaisseur et d'une continuité suffisantes pour assurer la séparation nette du revêtement séché de la surface de coulée.
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COATED PAPER MANUFACTURING PROCESS.
The present invention relates to the manufacture of coated surface cast paper of the type described in U.S. Patent No. 1,719,166.
In one method of making such paper, a web of paper comprising a layer of a fluid aqueous coating composition containing pigment and adhesive is pressed against a polished, or smooth, unpolished casting surface. The aqueous vehicle evaporates almost entirely from the coating layer and the coated paper is then peeled from the casting surface in the finished state and does not need to be supercalendered or subjected to further finishing treatment before being processed. serve as a basis for neat prints or other purposes.
The surface of the coated paper obtained by this process is virtually a replica of the cast surface and these papers have a more pleasing appearance and, when cast on a polished surface, a much higher luster than the papers of. coated printing press already known.
To obtain uniformly high quality cast coated papers, the coating layer must adhere firmly enough to the casting surface to remain in intimate and fixed contact with it during a critical period of drying and curing of the aqueous coating to a state. substantially non-plastic, despite the shrinkage stresses that may occur in the paper.
It is also necessary, in order for the cast coated paper to be able to be produced continuously, that the coating layer should come off sharply and completely from the casting surface after drying.
If the dried coating adheres to the casting surface in large areas, the coating and often the paper itself will be peeled off and the machine will need to be stopped and cleaned and then completely reconditioned.
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If the adhesion only occurs in small isolated areas, it is still necessary, after a relatively short time, to stop the machine and clean the casting surface, because even a small surface adhering to the casting surface compromises the appearance of the cast paper at that location with each revolution of the cylinder, and the dimensions of the surface increase as. that the operation continues until it reaches unacceptable dimensions (.
The essential object of the present invention is to provide a process for the continuous manufacture of a uniformly high quality, cast surface coated paper in which the coating adheres firmly to the casting surface until it has solidified. Drying achieves a substantially plastic state, the dried and coated paper, however, completely and sharply detaching from the casting surface throughout a series of continuous and uninterrupted operations.
US Patent No. 2,331,922 by the Applicant describes a process for making coated paper and according to one form of this process, the coated surface of the sheet of paper is contacted with a completion drum carrying on its surface a liquid film of oil to prevent coating from adhering to the surface of the drum. In this way, the liquid film of oil prevents the adhesion of the still plastic coating to the surface of the drum, and the resulting paper has a completely different appearance from a paper whose surface is obtained by casting.
Contrary to what one might believe from the action of the oil film in the above process, it has now been found that an oil film on the casting surface, or what is believed to be a oil film, can be made so thin that the uniform adhesion of the wet or plastic coating to the casting surface over its entire surface is not reduced to the point of modifying the casting surface, while remaining thick enough to virtually eliminate the tendency of the coating, having reached a non-plastic state upon drying, to adhere to untreated casting surfaces. For this purpose, it is believed that it is sufficient that the layer is only one molecule or a few molecules thick.
It is known that the thickness of this layer is substantially less than half the wavelength of visible light, because the layers which present the iridescent bands visible in films of greater thickness, or which can be detected at the surface by the usual tests are much too thick to allow sufficient adhesion of the wet coating and to obtain a cast surface paper. It has also been found that in practical operation these ultra-thin films soon lose their effectiveness, presumably because the oil is absorbed by the coating and carried away with the coated and dried paper, so that the coated and dried paper soon adheres to it. the casting surface unless the film is constantly reformed.
It has also been discovered that an excessively thick oil film, which does not allow a cast surface paper to be obtained, is soon reduced to the desired thickness by the same phenomenon.
These findings are put to good use in the preferred process of the present invention where, as described below, a continuous film is first established on a clean casting surface by rubbing it, for example, with an oleaginous conditioning or film-forming agent, the film is then reduced to the desired thickness and maintained at that thickness during the casting process.
In order to obtain a superior quality cast surface coated paper, the casting surface should have a uniformly high polish throughout and should be free of impurities or foreign matter, the particles of which may be. too small to be seen but which can cause the coating to adhere, and the casting surface should therefore be cleaned and polished thoroughly immediately before casting operations. In this case, the initial establishment of a continuous film
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on the casting surface can be advantageously carried out in connection with the polishing operation itself.
For this purpose, the abrasive polishing agent is suspended in, or mixed with, an oleaginous film-forming agent, which can be, for example, a sulfonated vegetable oil or another of the coating addition agents listed below.
After applying the conditioning agent to the casting surface as described above, the excess is removed by wiping with a rag. Unless this wiping is very vigorous and prolonged, the layer remaining on the casting surface will be too thick which can be reduced to the thickness desired to obtain a cast surface paper by operating the machine. In the case of surfaces which are not readily wetted by certain oleaginous materials, wetting by such materials and spreading of such materials can be facilitated by first applying a layer of soap to the surface. This application can be carried out by any method, but can be advantageously combined with the polishing operation.
Magnesium oleate or other insoluble alkaline earth metal soap can be used as well as soluble soaps such as ammonium stearate, etc. The application of the soap and the oilseed material can advantageously be used. Carried out simultaneously in combination with the polishing operation, by mixing the oleaginous material and the soap with the polishing agent. After polishing, the surface can be wiped as mentioned above.
It has been found that the film can be maintained in equilibrium at the desired thickness by incorporating into the coating composition one or more oleaginous materials or surfactants of an oleaginous nature, hereinafter referred to as "oleaginous materials. films, which may be identical to or compatible with the materials used for the initial preparation of the casting surface.
Suitable agents include mineral and vegetable oils; fatty substances and fatty acids; sulfated or sulfonated oils and fatty acids; oils, fatty substances and fatty acids saponified at least in part; amines of higher fatty acids; tributyl-phosphate; fats; materials such. than hydrogenated vegetable oils which may be solid at ordinary temperature but liquid at working temperature; In this connection, it may be noted that since the pH of coating compositions of the type described is commonly on the order of 8 to 10, most oils, fatty substances or saponifiable fatty acids will inevitably be at least saponified. in part, although these materials are not saponified when added to the coating.
Some oilseed materials perform better than others, and overall mineral oils seem not to work as well as vegetable oils.
Fatty acids; saponified oils, fatty substances and fatty acids; sulfonated oils; etc. having 8 to 22 carbon atoms in the chain and which tend to form oriented layers, appear to be particularly useful in this application. In general, all of the oleaginous materials are useful for both initial film setting and addition to the coating, but to varying degrees. To the knowledge of the Applicant, any liquid relatively insoluble in water, capable of wetting the prepared casting surface and of spreading in a continuous film without, however, vaporizing too rapidly at the working temperatures (which are chosen depending on the particular conditions in each case and are generally between 130 and 210 F (55-100 C) may be appropriate.
These materials are referred to in the present specification and in the claims as "oleaginous film-forming materials" although many substances which may be suitable do not, strictly speaking, fall into this category.
For obvious reasons, colorless and odorless materials are particularly desirable although the amount needed is generally so small that the color and odor of the material, unless very pronounced, is not a disadvantage. We found that
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sulfonated castor oil is satisfactory for many coatings. Tiller oil, a by-product of the sulphate process for making pulp, can also be used in the present process.
The amount of oleaginous film forming material generally used in the coating for the intended application is of the order of 1/10% to 1% of the dry weight of pigment. It has, however, been found impossible to establish rules of general application for determining the proportions of film-forming material necessary to maintain constant optimum working conditions, because the quantity required in a given case depends on the material used, the mode of operation. incorporation, the composition of the coating and the characteristics of the batch of each of the ingredients used. On the other hand, as is known, commercial casein contains variable amounts of butter fat as an impurity.
Therefore, when using coating compositions containing casein as an adhesive, the amount of butterfat present in the casein should be taken into consideration in determining the amount of oleaginous material to be incorporated into the coating. , the quantity of oleaginous material to be employed is easily determined. The casting surface is first prepared as described above, incorporating the oleaginous film material into the coating in approximate proportions deduced from known examples and the work is started. If after a few turns of the casting drum or belt a paper with a cast surface of shiny appearance is not obtained, the proportion of oleaginous material in the coating should be reduced.
On the other hand, if at any time a tendency of the paper to adhere to the casting surface is observed, the proportion of oleaginous material in the coating composition should be increased.
When preparing and maintaining a casting surface as described above, the coating adheres to it so firmly that no apparent relative movement is detected between the coating and the casting surface until ready to set. hardening of the coating. However, the coating comes off easily, sharply and completely from the casting surface after drying. A coated paper with a very glossy cast surface is obtained, and manufacture can be continued for considerable periods without stopping the machine to clean or polish the casting surface.
The invention will be better understood with reference to the examples cited.
In these examples, the coating adheres to the casting surface until it reaches a substantially non-plastic state, after which it is sharply, easily and completely separated from the casting surface and a surface coated paper is obtained. casting.
EXAMPLE 1. -
The coating material is prepared by thoroughly mixing 75 parts by weight of finely divided precipitated calcium carbonate, 25 parts of finely screened kaolin and 25 parts of water with 12 parts (dry weight) of casein dissolved in ammonia. 1/8 part of sulfonated castor oil and 1/20 part of tributylphosphate are then incorporated and the preparation of the coating material is completed by thoroughly mixing the composition with an additional amount of water sufficient to provide the coating material. bring the whole to a solids content of about 50%.
The casting surface, which in this example is a rotating cylinder with an internally heated chrome surface, is prepared before use by polishing it and rubbing it with an abrasive suspended in cylinder oil comprising a base of mineral oil containing 5 to 8% tallow, and wiping with a soft cloth.
The paper web is a good quality coating paper weighing approximately 43 pounds (19.4 kg) per ream (500 25x38 inch (62.7x96.4cm) sheets) to whichion applied a light coat of primer during processing. papermaking on the papermaking machine.
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as described above is applied to one side of the paper in excess of the desired amount and the paper is pressed against the completion surface, which will loosen the excess coating leaving approximately 12 pounds ( 5.4 kg) of coating composition per ream (dry weight).
The operation is continued and the oil film covering the casting surface soon attains a thickness in equilibrium with the oil content of the coating material, and is maintained in this state of equilibrium. The finished paper has a characteristic cast surface with a shine equivalent to 85 on the Bausch & Lomb meter.
EXAMPLE 2.
The coating material is prepared by thoroughly mixing 100 parts (dry weight) of the finely precipitated calcium carbonate, 13 parts of casein and 1/2 part of zinc oxide, with a sufficient amount of ammonium hydroxide to dissolve the coating. casein and form a complex zinc / ammonium compound. During mixing, enough water is added to bring the total solids to about 60%. The composition has a pH of 9.3. About 1/6 part by weight of oleic acid is incorporated therein and the whole is mixed thoroughly.
Before use, water is added to reduce the mixture to a solids content of about 55%. At this time, about 0.02 part of tributyl-phosphate is added. The casting surface is a rotating cylinder with an internally heated chrome surface prepared before use by polishing it with an impalpable abrasive powder impregnated with castor oil and then wiping it off. The coating and casting operations are then carried out as in Example 1.
EXAMPLE 3.
The coating is similar to that of Example 1, but 100 parts of calcium carbonate are used instead of the carbonate Lkaolin mixture and 15 parts instead of 12 parts of casein, the sulfonated castor oil is removed and the use is made. 1/2 part of mineral oil (American White Oil) to replace it. The casting surface here is perfectly polished nickel instead of chrome. Before use, the surface is prepared by polishing it with an abrasive polishing agent suspended in an emulsifier containing 80 parts of water, 20 parts of mineral oil (the same oil that is added to the coating) and stabilized with a small amount of ammonium oleate.
EXAMPLE 4.
The coating composition comprises 75 parts by weight of finely precipitated calcium carbonate, 25 parts of finely screened kaolin, 15 parts of casein dispersed in ammonia, 1/4 part of sulfonated castor oil and 1/4 of part castor oil with enough water to reduce the solids content to about 52%. The casting surface is an endless belt having a polished nickel surface. It is prepared by polishing it with an abrasive agent mixed with 3 parts castor oil and 1 part sulfonated castor oil and wiping the surface with a soft cloth.
EXAMPLE 5.
The coating comprises 100 parts of finely precipitated calcium carbonate, 12 parts of casein (dry weight) dissolved in ammonia, to which 1/10 part of tiller oil in ammonia is added.
The casting surface is in the form of an endless belt having a polished nickel surface. Before starting operations, this surface is polished using a commercial compound containing polish red and tallow.
The coating and casting operations are carried out at a speed of approximately 300 feet per minute (90 m / min.).
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EXAMPLE 6.
The coating used consists of 100 parts of finely precipitated calcium carbonate, 12 parts of casein (dry weight) dissolved in ammonia, 3/4 part of sulfonated castor oil neutralized with ammonia and a sufficient quantity of water so that the whole has a solids content of 56%. The casting surface is made of stainless steel and is shaped like an endless belt. It is prepared before use by polishing it with a compound formed of alumina suspended in cylinder oil based on mineral oil containing a small proportion of animal fat and fatty acid. free.
EXAMPLE 7.
The coating comprises 100 parts of finely precipitated calcium carbonate with 30 parts (dry weight) of starch and about 3/4 part of sulfonated castor oil neutralized with ammonia as well as enough water to bring the whole. at about 60% solids. The casting surface is a polished nickel prepared before use with a polishing agent dispersed in a fatty acid.
EXAMPLE 8.
The coating includes 100 parts of kaolin, 35 parts of casein and 1/4 part of sulfonated castor oil. The casting surface is made of chrome, prepared as in Example 2, and the operation is carried out as in this example.
EXAMPLE 9.
The coating material contains 100 parts of finely precipitated calcium carbonate, 16 parts of casein, 10 parts of castor oil, 0.05 part of Turkish red oil with water to obtain a coating composition containing about 50 % solids. The casting surface is polished chrome and prepared as described above.
The coating material is applied to the paper and dried in contact with the casting surface. After the operation has continued long enough for equilibrium conditions to be established, the coated and dried paper separates easily, sharply and completely from the casting surface, while still exhibiting a cast surface with which the high and uniform sheen (88 on the Bausch & Lomb apparatus) shows that the coating has adhered firmly to the casting surface until it is fully cured in its final form.
In Examples 1 to 8, the oleaginous agents were used in amounts close to the minimum amounts necessary, under the specific conditions specified in each case in order to maintain on the rolling surface, for long periods of continuous operation, and presumably by absorption at the expense of the coating composition, a film of optimum thickness for the purpose described. However, in our experience, by resorting to prolonged mixing or the use of suitable emulsifying agents, much larger proportions of oleaginous material can be incorporated into the coating, if desired, to achieve this. for whatever reason, without the film on the cast surface becoming so thick as to prevent the formation of a cast surface on the coated paper.
This characteristic is illustrated by the example
9 where the casein probably serves as an emulsifying agent, so that only a small part of the total oil is available at the casting surface and the thickness of the oil film is therefore not so great than it would normally be when the coating oil content is increased to a much smaller extent.
In the following claims, the oleaginous agent to be added to the coating composition in order to maintain the surface of the drum in the desired state is arbitrarily referred to as "film-forming oleaginous material" and it will be appreciated that the indication in the claims of a
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specific amount of an oleaginous film-forming material cannot limit the claims to exclude coating compositions to which a larger amount of oil or oleaginous material has been added, by emulsifying the oil or the oleaginous material or by using agents emulsifying or otherwise rendering some of the oil or oleaginous material unavailable.
It will also be appreciated that while it is desirable in practice to maintain the film of oleaginous material on the casting surface by addition of the oleaginous film-forming material to the coating composition one can work continuously with obtaining results. satisfactory results by periodic or continuous application of the oleaginous compound to the casting surface. For example, if an endless belt is used as a continuously moving casting surface, the surface of the belt may be treated periodically or continuously during its return journey by the oleaginous substance, and any surplus may be. wiped as described above for the initial preparation of the casting surface.
The film thus applied can be adjusted, for example, by applying the oleaginous conditioning agent in the form of a solution of any suitable concentration. If the quality of the paper indicates that adhesion was not maintained throughout the drying period, the concentration of the conditioning agent may be reduced or its application may be temporarily suspended until the appearance of the paper again indicates optimum working conditions. On the contrary, if the coating exhibits a tendency to adhere to the casting surface, the concentration of the conditioning agent in the solvent can be increased until optimum conditions are again obtained.
In the description and in the -claims, the surface is said to be covered with a film or a layer of oleaginous material. It is considered to be such although the film cannot be seen and its presence cannot be detected by routine tests for the presence of oil or the like, because the surface condition appears to be intermediate. between a surface with a detectable film on which no cast surface paper can be obtained, and a surface where all traces of oil or oleaginous material have been washed away with a solvent from a solution alcoholic caustic compound or the like, and from which the coated and dried paper can only be removed by complete disintegration.
The adhesion to the casting surface during the curing of the coating to a non-plastic state and the fact that this coating peels off easily after drying are the only known criteria for determining the presence of the film of which it is present. is question.
Although it is not absolutely clear whether the oleaginous material is present as a continuous film or in some other form, it is assumed that the surface condition which makes the continuous manufacture of paper at surface cast for long periods of time is due either to the presence of an invisible and continuous film of oleaginous material or to that of any compound produced by application of the oleaginous material. It will therefore be noted that the expression "film of oleaginous material forming a film" is used in the following claims to define the state of the casting surface resulting from the operation described, and not to describe a condition of the casting surface. directly determinable by observation and measurement.
The thickness of the film of oilseed material is defined above as being less than half the wavelength of light because this is the only sure benchmark, but the actual thickness is believed to be much less. The wavelength of visible light ranges from 4000 Angstroms at the purple end of the spectrum to 7000 ngstroms at the red end. See, for example, page 2071, Handbook of Chemistry and Physics, Hodgman, 30th edition. It can therefore be said with certainty that the film of oilseed material is significantly thinner than
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2000 ngstrom.
The term "cast surface coated paper" used in the following claims denotes a paper in which the surface of the wet coating is pressed against a casting surface and maintained in fixed relation to that surface by the adhesion between the wet composition of coating and the casting surface, until the coating composition has dried and ceases to be plastic, the surface characteristics of the paper then being a replica of the characteristics of the casting surface.
The invention is not limited to the method particularly described and numerous modifications can be made to this method without departing from the spirit of the invention.
CLAIMS.
1. - In a process for making coated surface cast paper, or an aqueous coating composition comprising an adhesive and an insoluble filler and adhering in a plastic state to a smooth casting surface is brought to a non-plastic state without ceasing. to adhere to the casting surface, an improvement characterized in that there is maintained on the casting surface an invisible continuous film of oleaginous material with a thickness substantially less than 2000 A, insufficient to prevent the adhesion of the coating to the casting surface while the coating is wet, but of sufficient thickness and continuity to ensure the clean separation of the dried coating from the casting surface.