ES2600759T3

ES2600759T3 - Composición para recubrimiento de papel de impresión

Info

Publication number: ES2600759T3
Application number: ES09727832.9T
Authority: ES
Inventors: Mikael Ankerfors; Tom Lindström; Miroslav Hoc; Hainong Song
Original assignee: Innventia AB
Current assignee: Innventia AB
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2017-02-10
Anticipated expiration: 2029-04-03
Also published as: BRPI0911075B1; EP3095912B1; CN103835182A; PL3095912T3; PT3095912T; EP2268864A4; US8241756B2; PT2268864T; KR20100127881A; WO2009123560A1; EP3095912A1; EP2268864B1; PL2268864T3; ES2722523T3; US20110081554A1; JP2011516739A; RU2010144842A; CA2720388C; EP2268864A1; CA2720388A1

Abstract

Composición para recubrimiento de papel de impresión, comprendiendo dicha composición del 25 % al 90 % en peso de celulosa microfibrilada (CMF) comprendiendo el resto hidrocoloide(s) polisacárido(s), en la que el hidrocoloide polisacárido es almidón seleccionado entre el grupo que consiste en almidón nativo, almidón aniónico, almidón catiónico, almidón peroxidado, almidón eterificado, almidón esterificado, almidón oxidado, almidón hidrolizado, almidón dextrinizado, almidón hidroxietilado y almidón acetilado o en la que el hidrocoloide polisacárido se selecciona de entre el grupo que consiste en goma garrofín, goma karaya, goma xantana, goma arábiga, goma ghatti, pectina, goma de tragacanto, alginatos, goma guar, goma de agar, carragenina y goma de tamarindo.

Description

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Precalandrado

Todas las hojas se precalandraron en una calandria de laboratorio de rodillo de compresión blando (DT Laboratory Calender, DT Paper Science Oy, Finlandia), sometidas a una presión de línea de 16 kN/m, a una temperatura del rodillo de 22 °C durante una hora. A continuación, las hojas se calandraron dos veces en cada lado de las hojas, lo que dio una rugosidad superficial Bendtsen de alrededor de 200 ± 50 ml/min (ver más abajo). Este es un valor normal para hojas de papel de periódico comerciales.

Poscalandrado

Las hojas con apresto superficial también se calandraron después del tratamiento de apresto superficial. En primer lugar, las hojas con apresto superficial se acondicionaron de acuerdo con el procedimiento estándar SCAN-P 2:75 (Comité escandinavo de pruebas en pasta, papel y cartón) durante al menos 48 horas. Seguidamente las hojas se calandraron una vez en la calandria de laboratorio de rodillo de compresión blando con una presión de línea de 12 kN/m a una temperatura del rodillo de 22 °C, antes de realizar más análisis de superficie y pruebas de impresión.

Análisis

Gramaje y rugosidad superficial

El gramaje y el peso de la capa de recubrimiento se determinó según el procedimiento estándar SCAN-P 6:75 (Comité escandinavo de pruebas en pasta, papel y cartón). Se utilizó el procedimiento de Bendtsen (norma ISO 8791-2) para la determinación y el control de la rugosidad superficial.

Prueba de tendencia a la formación de pelusa-recogida de pelusa

En este procedimiento, desarrollado en STFI-Packforsk AB, Suecia, se coloca una muestra de papel en un aparato de evaluación de la capacidad de impresión IGT y se presiona contra el papel el disco de acero, hecho pegajoso por la presencia de una capa fina de aceite para la prueba de recogida. Seguidamente se lleva a cabo una impresión a una velocidad creciente. Seguidamente el disco se fotografía con una cámara CCD en un estereomicroscopio. El disco se divide en 20 segmentos, que corresponden a cada foto tomada por la cámara. Como la aceleración no es lineal, los cuatro primeros y los dos últimos segmentos del disco se quedaron fuera del análisis. Por lo tanto, las mediciones se llevan a cabo en los segmentos 5-18. Las fotografías de estos segmentos se analizan y se cuenta (en partículas/cm2) la cantidad de partículas presentes (las partículas que han sido retiradas de la superficie de las hojas). El resultado es un número de partículas que se han desprendido de la superficie a una velocidad específica. El recuento de partículas se realizó usando un software de análisis de imágenes (Linting Large Part, STFI-Packforsk AB, Suecia). Este software distingue entre cuatro grupos diferentes de partículas en las imágenes: fibras, grupos, partículas y partículas pequeñas. Los criterios para los grupos son:

•: Fibra: La circunferencia del objeto es > 2 mm y su ortogonalidad es < 0,3 es decir el objeto es largo.

•: Grupo: el área del objeto es > 0,3 mm2 o su circunferencia es > 2 mm y su ortogonalidad es > 0,3.

•: Partícula: el área del objeto es de 0,02-0,3 mm2.

•: Partículas pequeñas: si no se cumple ninguna de las anteriores, el objeto es una partícula pequeña.

Las mediciones de PDP (prueba de desprendimiento de pelusa) en este trabajo se basaron en el procedimiento de resistencia al desprendimiento IGT (norma ISO 3783) utilizando un probador de capacidad de impresión IGT (IGT AIC 2-5, Reprotest b.v., Países Bajos). El disco de acero se hizo pegajoso utilizando 13,7 ± 1,1 mg de aceite de prueba de desprendimiento (aceite de prueba de desprendimiento IGT (404.004.020) de viscosidad media, Paper Test Equipment, Suecia).

En lugar de detectar el inicio del desprendimiento en la tira de prueba, las partículas recogidas en el disco de impresión se detectaron utilizando una cámara CCD (Modelo ICD 700, Ikegami, Japón, con una resolución = 15 μm/píxel) conectada a un estereomicroscopio (Modelo SZ-CTV, Olympus Sverige AB, Suecia). La velocidad máxima de impresión medida fue de 5,0 m/s.

El probador de levantamiento de fibras (PLF) es un procedimiento desarrollado por STFI-Packforsk en el comienzo de la década de 1990 (Hoc 2005). La tendencia de levantamiento de las fibras (TLF) se define como la cantidad y el tamaño de las fibras que se levantan de la superficie del papel cuando el papel se humedece, se seca y seguidamente se transporta sobre un rodillo delgado. Este procedimiento proporciona información de la forma en la que las uniones entre las fibras superficiales pueden resistir al levantamiento de fibras inducido por la humectación. También es posible medir la formación de polvo seco con solo desactivar el procedimiento de humectación. El principio es que una muestra de papel se humedece con una cierta cantidad de agua y después se seca con el elemento de calefacción IR. La cantidad de fibra y el aumento de la rugosidad se registra de forma continua por una cámara CCD mientras la muestra se dobla sobre un rodillo delgado.

Análisis de las imágenes grabadas en la humectación y secado

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cuantificación de la tendencia a la formación de pelusa. Para simplificar el resultado del análisis, a continuación se aborda el área de cobertura de las partículas recogidas en los resultados de la PDP como una función de la velocidad de impresión.

Tendencia a la formación de pelusa de las hojas con tratamientos de apresto internos

Las hojas de PTM se fabricaron con una hoja de referencia y con la adición de almidón C (1 %, 2 % y 5 % de almidón C + 0,1 % de PAM-A) a la pasta húmeda. PAM-A se utilizó como un coaditivo con el fin de retener el almidón C extraño no adsorbido en el nivel de adición más alto. Básicamente, la retención del almidón C en las fibras fue cuantitativo. Los resultados de la PDP de estas hojas aprestadas internamente se muestran en la figura 1. Se observó claramente que, con la misma tendencia a la formación de pelusa, puede incrementarse la velocidad de impresión al añadir almidón C. En otras palabras, la resistencia de la superficie de las hojas se incrementó mediante la adición de almidón C. No obstante, fue necesario un exceso de más del 1 % de almidón C con el fin de mejorar de manera significativa la tendencia a la formación de pelusa de las hojas de PTM.

Tendencia a la formación de pelusa de las hojas con diferentes tratamientos superficiales

En la figura 2, se aprestó superficialmente una hoja de referencia (aprestada internamente con 2 % de almidón C) con almidón A, CMF y una mezcla de CMF y almidón A (50 %: 50 %, proporción en masa), respectivamente, en un nivel de adición similar. En la figura 2 está claro que tanto el apresto superficial con almidón A como con CMF reduce eficazmente la tendencia a la formación de pelusa de las hojas. En segundo lugar, se muestra también que hay un efecto sinérgico de la adición de CMF y almidón A a la superficie de los papeles.

La figura 3 muestra una serie similar de experimentos, en los que una hoja de referencia (aprestada internamente con 5 % de almidón C) se aprestó superficialmente utilizando almidón A, CMF y una mezcla de CMF y almidón A (50 %: 50 %, proporción en masa) en niveles de adición similares. En esta serie de experimentos se realizó una observación importante. A pesar de la cobertura de la superficie del papel con una película continua de CMF, la hoja recubierta utilizando CMF se deslaminó fácilmente cuando se excedió una determinada velocidad de impresión crítica. Cuando se examinó el disco de impresión (véanse las figuras 7 y 8) se observó que el disco de impresión estaba más limpio antes de la deslaminación y que cuando la hoja se deslaminó se encontraron trozos de residuos (película más residuos). La CMF tiene una capacidad muy alta de retención de agua, por lo que no penetrará en la hoja y se forma una zona débil en la interfase entre la película de CMF y la superficie del papel. Esto explica el papel sinérgico de usar CMF y almidón A juntos. El almidón A simplemente mejorará la interfase entre película de CMF y la superficie del papel, disminuyendo notablemente la propensión a la formación de pelusa de la hoja.

A continuación se realizaron varias series de experimentos con diferentes niveles de adiciones de apresto interno y superficial utilizando CMF, almidón A y almidón C con PTM. Con el fin de corregir niveles de adición ligeramente diferentes en los diversos experimentos se utilizó un software (DataFit 7.0) para calcular los valores interpolados en los niveles de adición del 1, 2 y 5 %. Los resultados así obtenidos se muestran en las figuras 9, 10 y 11. Por lo tanto, la figura 6 muestra los efectos de la adición de 1 % de almidón C internamente y 1 % de CMF, almidón A y una mezcla de CMF/almidón A (50/50 %) a la superficie. El efecto de la adición interna de almidón C fue de nuevo pequeño, mientras que tanto el almidón A como la CMF produjeron reducciones significativas en la tendencia a la formación de pelusa. La sinergia de la adición de una mezcla de almidón A y CMF fue de nuevo clara. La figura 7 muestra los resultados con una adición del 2 %, resultados que son esencialmente similares a los de la figura 8, pero la resistencia superficial de las hojas es, por supuesto, más fuerte.

Los efectos del apresto interno y superficial sobre la capacidad de absorción de aceite de las hojas de PTM

El tratamiento superficial de una hoja de papel de periódico puede poner en peligro la capacidad de absorción de tinta de la hoja, lo que resulta en marchas de tinta y un secado lento de la tinta. Por lo tanto, las hojas tratadas se probaron con respecto a la capacidad de absorción de aceite después de los tratamientos de apresto internos o superficiales. En la prueba de capacidad de absorción de aceite se registra el volumen de una gota de aceite en la superficie de una hoja de papel en función del tiempo y los resultados típicos se muestran en la figura 8. Los datos también se mostraron como una disminución de la gota de aceite en función del tiempo como se muestra en la figura

9. Tanto el tratamiento de apresto interno como un tratamiento superficial resultaron en una absorción de aceite ligeramente inferior. Los tratamientos superficiales dan lugar a una absorción retardada de tipo de barrera, mientras que un tratamiento interno produce una hoja más consolidada que resulta en el retraso de la absorción de aceite. Sin embargo, en comparación con la hoja de blanco, la tendencia decreciente de absorción de aceite es limitada.

Prueba de aplicación en una hoja de papel de periódico comercial

Las hojas de papel de laboratorio Formette Dynamique utilizadas en la parte anterior del informe, se caracterizan por tener características de formación superiores y en una serie de experimentos, también se revistió papel de periódico comercial con CMF para comparación. Los resultados se muestran en la figura 10. Los recubrimientos con CMF reducen la propensión a la formación de pelusa de las hojas de papel de periódico comercial al igual que de las hojas de laboratorio.

También se investigó la absorción de aceite. Todos estos experimentos demuestran la eficacia de la CMF para

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reforzar las características de la superficie de una hoja de papel de periódico comercial.

Tendencia al levantamiento de las fibras del papel de periódico comercial usando tratamientos superficiales de CMF

El levantamiento de las fibras se define como la cantidad y el tamaño de las fibras que se levantan de la superficie del papel cuando la hoja se humedece, se seca y luego se transporta sobre un rodillo delgado. Se trató la superficie de papel de periódico comercial con CMF y los resultados de la TLF se muestran en la siguiente figura 11. La figura 11 muestra que el contenido de levantamiento de fibras largas (CLL) se redujo después del tratamiento superficial con CMF. Sin embargo, el aumento del área de fibras cortas (ALC) y el aumento de la superficie total de levantamiento de fibras (ALT) se redujeron en primer lugar pero aumentaron cuando la cantidad de recubrimiento de CMF superó un cierto punto.

Análisis con ESEM

Los ejemplos de imágenes de ESEM de hojas recubiertas de almidón, CMF y CMF/almidón ilustran una apariencia tanto de las superficies (figuras 16a-d) como de las secciones transversales (figuras 17a-d) de las hojas. Como puede verse en la hoja de referencia antes del recubrimiento (figura 12a) la superficie es bastante rugosa. El recubrimiento resulta en una superficie más lisa (figuras 16b-d). El recubrimiento con CMF resulta en una superficie más lisa que el almidón A. Esto probablemente es un resultado de una mejor formación de película en el caso de la CMF. Esta diferencia también se puede ver en las imágenes de sección transversal si se compara la figura 13b (almidón A) con la figura 13c (CMF). La CMF parece formar una película relativamente gruesa que se deposita en la parte superior de la superficie de la hoja mientras que el almidón A forma una película más fina que también penetra en la hoja de una manera diferente. Como se ha divulgado anteriormente, la debilidad de la película de CMF es que parece estar menos anclada a la hoja lo que causa deslaminación entre la capa de CMF y la hoja (véase la figura 5). La debilidad con el almidón A es en cambio que no es tan eficaz en la disminución de la formación de pelusa. Esto podría deberse a que el almidón A forma una película peor como se ve en la figura 13b. Mediante la combinación de almidón A y CMF todavía es posible formar una película en la parte superior de la hoja (véase la figura 13d). Esta película está probablemente compuesta principalmente de CMF. El almidón A, en su lugar puede penetrar en la hoja de una manera mejor. Basado en los resultados de formación de pelusa que se han mostrado anteriormente, se podría especular que una combinación de CMF y almidón A es beneficiosa ya que ofrece una posibilidad tanto de revestir la hoja con una película que no permite el desprendimiento de las partículas de pelusa, así como del anclaje parcial de las partículas internamente en la hoja así como del anclaje de la película de CMF a la hoja.

Ventajas de la invención

La tendencia a la formación de pelusa de papel de periódico se puede reducir a través de tratamientos de apresto superficial con CMF, almidón o una mezcla de los dos aditivos. En comparación con el tratamiento meramente interno con almidón C, el tratamiento superficial es más eficiente en la disminución de la tendencia a la formación de pelusa. El gel de CMF no penetra fácilmente en la hoja base, debido a su alta capacidad de retención de agua. Por lo tanto, una hoja recubierta con CMF puede deslaminarse a velocidades de impresión más altas que una hoja recubierta con almidón A o CMF + almidón A. Se encontró que existe una sinergia en el uso de una mezcla de CMF y almidón A, que disminuye la propensión a la formación de pelusa más que la aplicación de CMF o almidón A. El almidón A funciona para reforzar el límite de fase entre la CMF y la hoja base. También se encontró que la tendencia de levantamiento de las fibras largas disminuyó notablemente con aplicaciones superficiales de CMF. Se encontró que la capacidad de absorción de aceite disminuía ligeramente con el aumento de cantidad de productos químicos de recubrimiento.

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Claims

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