CA1057872A

CA1057872A - Compositions pour couchage de papier

Info

Publication number: CA1057872A
Application number: CA221,945A
Authority: CA
Inventors: Patrice Perrin; Jacques Vabre
Original assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Current assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Priority date: 1974-03-14
Filing date: 1975-03-12
Publication date: 1979-07-03
Also published as: ZA751485B; GB1467127A; IT1034298B; NL7502674A; DE2510919A1; DE2510919B2; NO146753B; BE826649A; NO750764L; BR7501478A; JPS5520039B2; DK103075A; SE405744B; CH614747A5; FR2264129B1; DK137394C; FR2264129A1; SE7502846L; JPS50160341A; DD116276A5

Abstract

La présente invention concerne des compositions pour le couchage du papier. Ces compositions, qui comprennent, en poids, de 10 à 30% d'une dispersion aqueuse contenant, à titre de liant, 20 à 60% en poids d'un polymère insoluble dans l'eau obtenu par polymérisation vinylique de monomères mono ou diéthyléniques, de 0 à 10% de liant à base de polymère soluble dans l'eau et de 60 à 90% de charges et/ou de pigments, sont caractérisées en ce qu'elles contiennent en outre, par rapport au total liants + charges et/ou pigments, de 0,01 à 5% d'un hétéropolysaccharide de haute masses moléculaire. L'hétéropolysaccharide résul?? de la fermentation d'un hydrate de carbone par des bacté?ies du genre Xanthomonas ou Arthrobacter ou des levures du genre Cryptococcus. Ainsi selon l'invention, l'ajustabilité de la rétention d'eau et de la viscosité des compositions de couchage se trouve améliorée.

Description

10~'78'i~'~
~ a présente in~ention a pour objet une composition pour couchage de papier.
Par composition pour couchage de papier on désigne gén~ra-lement une composition d~enduction renfermant certain~ ingrédient~
tels qu~une charge comme le kaolin, un liant et divers adjuvants.
~adite composition est appliquée sur le papier en vue de modifier ses propriété~ de surface comme par exemple: blancheur, opacit~
imprimabilité.
~ es compositions pour couchage de papier ont été abondam-ment décrites dans la littérature. Citons entre autres les ou~ragessuivants: " Coating Formulations" d!A.H. Nadelman et G.H. ~aldauf~
Editions ~ockwood Trade Journal N.Y. 1966 et " Pulp and Paper" de J.P. Casey, volume 3 d'Interscience Publishers, 2ème ~dition 1961, pages 1551 et suivantes.
~ es compositions diffèrent dans leurs con~tituants et dans les proportions de ces constituants selon les caractéristiques du papier à traiter: son gra~mage, sa porosité, la nature de ses cons-tituants~ selon l~emploi auquel le papier couché est destiné entre autre~: papier journal~ papier pour impression typographique~
off-set ou hélio~ravure Il est d~un usage courant~ dans l!industrie du papier~
d~employer des compositions de couchage a~ant une ~orte teneur en ~mul~ion de polymère synthétique.
~ e but de l~emploi de grandes quantit~s d'~mul~ion est llobtsntion de sur~aoes ayant une très bonne apti-tude à l~impres-sion~
Or~ plu9 la quantité d~émulsion augmente dans la composi-tion de coucha~e, plus la rétention d~eau de cette composition di-minue. ~ rétention d~eau d~une composition de couchage du papier peut ~tre d~finie comme la capacité de la oomposition à résister au tran~fert de lleau et des composés hydrosolubles dans le substrst du papier.
~V~

. ..

7~
Il est n~ice~saire que la retention d'eau de la composi-tion de coucha~e soit importante el bien re~lee, car dans le cas contraire la composition centésimale de la composition de couchage varie très rapidement, entraînant une modification complète des proprietés rheologiques de celles-ci.
Il a maintenant éte trouvé des compositions pour couchage de papier dont la rétention d'eau et la viscosite sont facilement ajustables, comprenant en poids:
a) 10 ~ 30~ d'une dispersion aqueuse contenant, à
titre de liant insoluble, de 20 à 60~ en poids d'un polymère insoluble dans l'eau obtenu par polymerisation vinylique de monomères mono-ethyleniques ou diethyléniques, b) 0 à 10% de liant à base de polymère soluble dans l'eau, c) 60 a 90~ de charges et/ou de pigments, caracterisees en ce qu'elles contiennent, par rapport au total liants + charges et/ou pigments, de 0,01 à 5% en poids d'un héteropolysaccharide de haute masse moleculaire résultant ;
de la fermentation d'un hydrate de carbone par des bacteries du genre Xanthomonas ou Arthrobacter ou des levures du genre Cryptococcus.
Les ~mulsions ou dispersions aqueuses de polymères insolubles sont ordinairement preparees par polymerisation en emulsion ou en suspension de monomeres monoethyl~niques ou diethyl~niques. Comme exemples de monomères on peut citer:
ac~tate de vinyle, butyrate de vinyle, chlorure de vinyle, acrylonitxile, chlorure de vinylidène, ethylane, isobutylène, styrène~ butadiane, chlorobutadiène, isoprène, acrylate et m~thacrylates d'alcools comportant de 1 à 8 atomes de carbone, 3Q anhydride malelque.
Il va de soi que ces monomères peuvent être copolymérises entre eux.

~i ~

t7~.7~
On utilise des quantites comprises entre 10 et 30% en poids de telles ~mulsions ou dispersions.
Les compositions pour couchage du papier peuvent aussi comporter des liants solubles dans l'eau, tels qu'alcool polyviny-lique, amidon, fecule, proteines v~gatales ou animales, caseine.
On utilise habituellement de 0 ~ 10~ en poids de liant solubles en plus du liant insoluble.
Une composition pour couchage de papier comporte aussi de 60% a 90~ de charges et/ou de pigments, plus particulièrement des pigments mineraux. Parmi ces derniers on peut citer les silica-tes comme le kaolin, les oxydes de titane, des carbonates, des sulfates, et le sulfoaluminate de calcium connu sous le nom de blanc satin.
Outre le ou les liants, les charges et/ou les pigments, et l'heteropolysaccharide, les compositions pour couchage peuvent contenir diverses substances auxiliaires telles que: des agents emulsifiants de type anionique, cationique ou non-ionique, des agents dispersants, des plastifiants, des colorants, des agents anti U.V., des azurants optiques, agents antimousses, des fongici-des. Ces substances peuvent être pr~sentes dans les proportionshabituellement mises en oeuvre en vue d'atteindre les buts recherches.
Les compositions selon l'invention sont donc caracterisees par la pr~sence d'un adjuvant du type heteropolysaccharide de haute masse molaculaire, qui sert à la fois d'epaississant et d'agent re-tenteur d'eau. De tels pxoduits ont et~ decrits dans les brevets US 3,000,790 et 3,0g6,293 ou les brevets canadiens 6~1,525 et 746,~00. Ces produits sont stables a la chaleur et aux electrolytes.
Ils ont une masse mol~culaire egale à plusieurs millions, chaque mol~cule ~l~mentaire comprenant principalement les compos~s suivants: -glucose, mannose, acide glucuronique sous forme de sels de sodiumet de potassium~
Les solutions de ces produits sont pseudoplastiques.

Elles 8e fluidifient par cisaillement, mais retrouvent immediatement leur viscosit~ lorsque la tension de cisaillement est supprimée ou diminuee. Il suffit d'une faible concentration du polysaccharide j~ l ,' ` ~f - 3 -. , . i , ~ , ~: , :
` ~ ! -1~ 5 7 ~
pour épaisslr les compositions de couchage du papier, Une quanti-té aussi faible que 0,01% en poids par rapport à la composition provoque un épaissi~sement appréciable et l,~on peut utiliser des quantités de l'ordre de 2% et même jusqu!~ 5% ~ans nuire aux pro-priétés rhéologiques des compositi0ns de couchage et sans a~fecter les propriété~ des enduits, ~e polysaccharide peut atre incorporé à la composition par tout mode opératoire approprie, On dissout habituellement le polysaccharide dans une petite quantité d!eau et on mélange cette solution à la composition, ~e~ propriétés de la composition sont testées par diffé-rents moyens, On mesure les propriétés rhéologiques au moyen d~un viscosimètre Broo]cfield R~V à huit vitesses, L~échantillon de com-position est placé dans un bain thermostaté à 24 C, On mesure la viscosité pour chaque ~itesse après 30 seco~des d~agitation à cette vitesse. ~es résultats sont donnés en centipoises, On appelle liquides pseudoplastiques des polym~res en phase liquide (fondus~ ou en solution, en dispersion ou en suspen-sion) dont la viscosit~ apparente décro~t lorsque le gradient de vi-tesse augmente ( pseudoplasticité), On appelle liquides dilatants des polymères en phase li-quldes dont la viseosité apparente ¢ro~t avec le gradient de vites-3e (dilatance).
On mesure la p8eudoplasticité de la composition pour de faibles oontrainte~ aveo un viscosimètre à torsion de type Rhéomat 15~ On ~rava~lle ~ 23 C aVec la ¢uve A et le mobile A.
On me~ure d~autre part la pseudoplasticité des composi-tion3 pour de ~ortes contraintes avec un rhéomètre ~ extrusion du typ~ Severs~
~a composltion est thermostatée à 23 C. On utilise une rilière ronde ayant 1~05 mm de diamètre.
~es prèssions exercées dans la filière varient de 0,2 à

.. . . .
.
, ~ , .- ~ , . . - . .
, 1~ 5~7 20 bars On mesure par ailleurs la rétention d'eau ~elon deux tests Un premier test consiste ~ évaluer par mesures conductimétri-ques la vitesse de traversée d!un papier buvard par l'eau relâchée par le bain de couchage. On peut trouver la description de ce test, connu sous le nom de test Warren, dans llarticle " The Water Reten-tion Test in Evaluating Coating Color" de J.C. Stinch~ield, R.A.
Cli~t et J.J. Thomas, paru dans la revue TAPPI, volume 41,n 2, page 77 de ~évrier 1958.
Un deuxième test oonsiste à mesurer le volume d'eau rel~-ché par le bain de couchage à traYers un papier-~iltre de porosité
standard sous une pression de 7 bars et pendant un temps donné.
On peut trouver la description de ce test, connu sous le nom de test A.P.I., dans " Standard Procedure for Testing Drilling ~luids" de l'American Petroleum Institute RP 13 B, page 8, première édition de novembre 1962.
~es compositions selon l'invention conviennent particu-lièrement bien pour le couchage du papier .Toutefois~ dans de nom-breuse~ autres applications d'enduction ou de revatement o~ le 8Up-port e~t poreux, comme par exemple: décoratlon de la porcelaine, bouohage de~ pores du bols~ de telle~ compositions peuvent convenir.
~es exemples ~ui~ants~ donnés ~ titre non-limitatift il-lustr~nt l!invention.
Ex,em,pl,e }
Dans un déliteur de 25 litre~, on charge 4~3 litres d'eau, 30 g d!he~amétaphosphate de soude~ lO kg de kaolin anglais pour cou-cha~e de papier ~t l kg d'une ~olution à 10% d'alcool polyvinylique, ay~nt une ~isco~it~, mesur~e ~ 25 C en solution à 4% dans l'eau, de 4 cPo et un indioe d'ester de 20.
On fait tourner pendant l h à 2 700 t/mn.
On obtient une dispersion ayant un extrait ~ec de 66%. On y inoorpore 1500 g d'une émulsion aqueuse d!un copolymère styrène-.

57~
butadiane ayant un extrait ~ec de 50% et qui comprend en poids 40% de butadiène et 60% de ~tyrène. On mélange à vitesse réduite pendant 10 mn~
On div~se la pr~paration en deux parties égales dont l~une servira de témoin. Dans l'autre partie on ajoute avec agitation 750 g de solution aqueuse à 2% dlun hétéropolysaccharide de type anionique ré~ultant de la fermentation d~un hydrate de carbone par la bactérie Xanthomonas campestris.
On ajuste le pH final ~ 8,5 par addition d!environ 5 cm3 de lessive de soude à 30% en poids de NaOH.
On règle l!extrait sec ~ 57% par addition de 770 g d!eau.
On mesure la viscosité des deux parties de la composition au viscosimètre Brook~ield équipé du mobile n 3. ~es résultats sont, en cPo:

. .- . . .. . - . . , , Vitesse en t/mn 0~5 2~5 10 50 100 . ..... . _ . . . . . .
~moin 4l400 1 280 .~ l~o 104 20Composition 44~400 10 880 1 700 800 468 , ~ , ~
On constate que l!emploi d~hétéropolysaccharide augmente la ~iscosité et aocentue la pseudoplasticit~ comme l~indiquent les rapports de~ vi~cosité~ ~ 2~5 t/mn et a 100 t/mn qui pa~sont de 12~3 pour lc t~moin a 23~2.
~ s r~ultats obtenu~ au vlsco~im~trc Rhéomat 15 et Severs ~ont port~ sur le graphique ci-~oint.
On constate que pour de faibles contraintes (gradient al-la~t ~u6qu~ 5.103 8 1) la pseudoplasticité est du même ordre pour le t~moin et pour la composition: il n~y a pas de phénomène parasite tel que dilata~ce. Par contre, pour de fortes contraintes, le'com-portement rheolo~ique se modi~ie et la vi3cosité de la composition tend vers celle du témoin.
La mesure de la rétention d'eau au test Warren met en ~vi-dence une vitesse ds traversée plus lente: pour une intensité de 0,8 mA, 9 s au lieu de 7,5 s.
Au test A.P.I., on constate aussi ~ue la quantité d!eau rel~chée en fonction du temps est beaucoup plu~ ~aible en présence d'un hétéropolysaccharide.
~. ,. ,~. , ., I ' \ ~emp~ en . .
~ 1~5 ~ 5~5 7,5 15 20 ml d'eau ~ l . , . . ~ .... _ ... . . . . , Témoin 1,5 2,7 4 5,2 8,3 10 .
. .. , _ - , .. . . . .. ._ . . . .. . .. ~_ .
Composition O 0,8 1,6 1 2,1 3,7 1 4,5 On exécute sur coucheuse pilote un essai d!enduction à
30 m/mn sur un support de 50 ~m2 contenant 50% de p~te mécanique et ayant un indice COB~60, déterminé selon la norme AFNOR NF Q 03 018, de 50. On ne note aucun défaut d'étalement avec la composition con-tenant l!h~téropolysacoharide. ~a composition-témoin conduit ~ un enduit irrégulier et strié.
Exempl~e~2 On prépare une compo~ition de couchage com~e indiqué a l'~xemple 1~ comprennnt en po~dss - 75 partie~ de kaolin anglais - 25 partie~ de blanc sat-ln - 0~5 partie de di~persant au polyacrylate de soude ~ bas-~ cos~t~
- 4 part~es d'un alcool polyvi~ylique ayant une viscosit~ .
me~ur~e ~ 25 C en solution à 4% dan~ l!eau? de 8 cPo et i:
et un indice d'ester de 20 - 10 parties d.'.une dispersion aqueuse de copolymère styrè-ne-butadiène ayant un extrait sec de 50%, copolymère .

1 ~ ~7 ~7'~
qui comprend en poids 40~ de butadiane et 60~o de sty-; r~ne.
Cett~ composition e~t divisée en deux parties égale~.
~ a première partie servira de témoin. Dans la deuxièmepartie on ajoute pour 100 parties de charge 0~3 partie d,lun hétéro-polysaccharide anionique ré~ultant de la ~ermentation d,~un hydrate de carbone par la bactérie Xanthomona~ campe~tris.
On a~u~te le pH final ~ 11 par addition de soude aqueuse ~ 30%.
~,Iextrait sec de la composition est amené ~ 40% par addi-tion d!eau.
On mesure la viscosité des deux parties de la composition' au vi~cos~mètre Brookfield équipé du mobile n 3. ~es résultats sont, en cPos . .. _ . . . . : _ ,_. , ~ _ Vltessé en tjmn , 2~5 , ,, , _~ - .-_ -~ . .... _~ _~ J _ .
lémoin 1 400 3 520 190 ., . - ~ ~ _ - . . _ . . . . , Composition 37 000 9 800 410 .. ~ . . . , .. .. ~_~ ., _ .
~ ,~emploi d~héteropolysacc~ ~aride au~me~té la ~iscosité et aocentue la pseudoplasticité.
Au te8t API~ on constate gue la quantité d~leau relach~e en ~onotion du temp~ est plus ~aible en présence d~hétéropolysaccharide. ;
,~ .-.. - . _~ ., '' ' ~emps en ~i- , ~ ~- ~
ml d!eau ~ O 10 20 3o ~;
.... ~ , _ , .,. -~ .
~moin O ~ 3~8 6~1 8 '~, ' , , _ __ _ _. _ _ _ _ . _ . ~ _._ . , .
3 ~ o~ o 2 5 1 4 S ~ ~

..... ,...................... ... . .... ... . ..

, I - 8 - '~

~ 7~ .
On op~re une enductlon, avec un applicatcur manuel, ~ur un support de couche de 129,5 ~ m2 ayant un indice COBB de 41,8.
On dépose 15 g/m2( en sec) de composition contenant ou non l'heté-ropolysaccharide. On exécute un doub$e calandrage de 120 kg par cmlinéaire, puis on mesure l!arrachage aux encres normalis~es selon le text IG~ décrit dans le bulletin de l.~ATIP n 5 vol. 20 (1966), page Avec l'encre normalisée ~orilleux 3803, il y a arrachage ~ la vitesse de 43 cm/s pour le témoin et de 55 cm/s pour le papier enduit a~ec la composition.
Dans les compositions selon l'invention~ on peut utiliser les h~téropoly~accharides précités soit seuls, comme décrit ci-de~-su~ soit en association avec d.'.autres gommes ou des dérivés d~'au-tres gommes. On peut mentionner à ce titre les associations des hé-t~ropolysaccharides précités avec la gomme de guar, la gomme de ca-roube ou leurs dérivés tels que les hydroxypropyl-guar~ hydro~yéthyl-guar~ hydroxypropyl-caroube et hgdroxyéthyl-caroube. Des caractéris-ques rhéologiques convenant pour le couchage du papier peu~ent ~tre obtenues par utilisation de mélanges de gommes comprenant~ en poids~
~0 lO a 90% d!hétéropolysaccharide précité et 90 ~ lO~ d.'.autre gomme ou d!un de ses déri~és~ ces mélanges étant mis en oeuvre a raison de 0,01 ~ 5% en poid~ par rapport au total liants + charge~ et/ou pig-ments dans la oompo~it~on de oouchage de papler~comme dit plu9 haut.

I ~ _ g _ . ~ . .
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. . .

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Compositions pour couchage de papier, dont la réten-tion d'eau et la viscosité sont facilement ajustables, comprenant en poids:
a) 10 à 30% d'une dispersion aqueuse contenant, à titre de liant insoluble, de 20 à 60% en poids d'un polymère insoluble dans l'eau obtenu par polymérisation vinylique de monomères monoéthyléniques ou diéthyléniques, b) 0 à 10% de liant à base de polymère soluble dans l'eau, c) 60 à 90% de charges et/ou de pigments, caractérisées en ce qu'elles contiennent, en poids par rapport au total liants + charges et/ou pigments, de 0,01 à 5% d'un hétéropolysaccharide de haute masse moléculaire résultant de la fermentation d'un hydrate de carbone par des bactéries du genre Xanthomonas ou Arthrobacter ou des levures du genre Cryptococcus.

2. Compositions pour couchage de papier ,dont la réten-tion d'eau et la viscosité sont facilement ajustables, comprenant en poids:
a) 10 à 30% d'une dispersion aqueuse contenant, à titre de liant insoluble, de 20 à 60% en poids d'un polymère insoluble dans l'eau obtenu par polymèrisation vinylique de monomères monoéthyléniques ou diéthyléniques, b) 0 à 10% de liant à base de polymère soluble dans l'eau, c) 60 à 90% de charges et/ou de pigments, caractérisées en ce qu'elles contiennent en poids par rapport au total liants + charges et/ou pigments, de 0,01 à 5% d'un mélange d'un hétéropolysaccharide de haute masse moléculaire et d'une gomme ou de ses dérivés, ledit hétéropolysaccharide résultant de la fermentation d'un hydrate de carbone par des bactéries du genre Xanthomonas ou Arthrobacter ou des levures du genre Cryptococcus.

3. Compositions selon la revendication 2, caractérisées en ce que la gomme ou son dérivé est la gomme de guar ou la gomme de caroube ou un des dérivés hydroxypropylés ou hydroxyéthylés de ces gommes.

4. Compositions selon la revendication 2, caractérisées en ce que le mélange comprend, en poids, 10 à 90% de l'hétéropoly-saccharide produit par fermentation et 90 à 10% de gomme ou de ses dérivés.

5. Méthode pour la fabrication de papiers couchés, destinés aux impressions en héliogravure, typographie ou off-set, caractérisée en ce que l'on traite le papier par enduction d'une composition définie selon la revendication 1.