NO773392L - Copolymerlatex. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en copolymer latex, og en komposisjon omfattende copolymere latexer som en av dets bestanddeler for anvendelse i papir, kartong og lignende substrater, spesielt de som omfatter naturlige cellulosefibre.

I foreliggende beskrivelse er det av bekvemmelighetsgrunner fremført til papir som det substrat som skal belegges og det hen-vises også til papirbelegning og papirbelegningskomposisjoner.

Det skal imidlertid forståes at slike henvisninger ikke bare innbefatter papir, men også kartong o.l. substrater, spesielt de som omfatter naturlige cellulosefibre.

Anvendelse av høypolymere latexer som bindemidler for pigmenter i papirbelegningskomposisjoner er velkjent, og en særlig anvendbar klasse av høypolymere latexer er de som omfatter copolymerer av styren og budatien. Slike copolymerer inneholder vanligvis ytterligere copolymeriserbare monomere enheter.valgt fra f.eks. ethyleniske, umettede carboxylsyrer, slik som acrylsyre, methacrylsyre, fumarsyre eller itaconsyre, acrylonitril, estere eller amider av acryl eller methacrylsyre og andre monomener.

Høypolymere latexer av denne type foretrekkes hyppig over-

for andre høypolymere latexer for anvendelse som papirbelegnings-bindemidler på grunn av at de gir en akseptabel standard når det gjelder et utall egenskaper av betydning ved papirbelegning,

både hår det gjelder belegningsprosesser anvendt for å belegge substrater og når det gjelder kvaliteten på det resulterende belagte■produktet. Egenskaper av betydning i belegningsprosesser innbefatter kjemisk stabilitet, som muliggjør et utall av pigmenter, elektrolytter, dispergeringsmidler, fortykningsmidler og lignende å bli blandet med latexen uten noen økning i viscositeten under blandingen eller ved etterfølgende lagring, og mekanisk stabilitet som tillater at latexen kan transporteres og pumpes og at de pigmentholdige belegningskomposisjoner kan påføres

et utall av papirer, kartong og lignende substrater ved de høye belegningshastigheter som er typisk for nutidens papirbelegnings-teknologi, uten destabilisering som fastslått for eksempel ved dannelse av koagulater eller oppbygning av uønskede rester på belegningsmaskineriet.

Egenskaper av betydning når det gjelder det belagte substrat innbefatter en høy "holdestyrke" (pick strength),

både tørr og våt, en ønskelig balanse av blekkmottagelighet og blekkutholdenhet, og om nødvendig, muligheten til å tilveiebringe relativt høy glans på overflaten av det belagte substrat, som f.eks. ved kalandrering.

Med "holde-resistans" (pick resistance) menes det belagte substrats evne til å motstå applisering, under trykkeprosessene av viskusetrykksverter på overflaten av det belagte substrat, under anvendelse av høyhastighetstrykkemaskiner. Utilstrekkelig holde-resistanse tilkjennegis ved avrivning av belegget under trykkeprosessen.

Selv om tilstrekkelig holde-resistanse ikke kan oppnås ved anvendelse som pigmentbindere styren/butadien copolymere latexer av kjent type, har dette generelt vært mulig bare ved anvendelse av relativt store mengder av slike latexer i papirbeleggenes komposisjoner, som resulterer i en høy råmaterialkost for slike belegg.

Det ville således være ønskelig å tilveiebringe latexer som- gir betydelig høyere tørr- og våtholdresistanse enn de av kjent type, enten for å muliggjøre at hurtigere trykkehastigheter kan anvendes eller å muliggjøre en reduksjon i mengden av latex som anvendes som bindemiddel i forhold til mengden av pigment i belegningskomposisjonen av økonomiske grunner.

Ifølge en side ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en latex av en copolymer omfattende pr. hundre deler totalvekt,fra 35 til 65 vektdeler copolymeriserte styren enheter, fra 30 til 60 vektdeler copolymeriserte 1,3-butadien enheter,- , fra 2 til 25 vektdeler copolymeriserte acrylonitril eller methacrylonitrilenheter, fra 0,25 til 10 vektdeler copolymeriserte enheter av hydroxyalkyl monomer (som heretter definert), og fra 0 til 5 vektdeler av copolymeriserte enheter av en copolymeriserbar umetted carboxsylsyre.

Uttrykket "hydroxyalkyl monomer" anvendes her for å angi

en ethylenisk umettet monomer som er i stand til å copolymerisere med styren og/eller butadien og inneholdende en gruppe av generell formel:

hvor og hver kan være et hydrogenatom eller en C, til C.^alkyl gruppe. Eksempler på slike hydroxy-holdige monomerer innbefatter hydroxyethyl. acrylat,.. hydroxyéthyllme.thacrylaty.' hydroxypropyl acrylat, hydroxypropyl methacrylat, N-methylolacrylamid, N-t-butyl-N-methylolacrylamid, N-octyl-N-methylolacrylamid, hydroxymethylerte derivater av diaceton acrylamid, p-hydroxymethyl styren. , allyl alkohol og lignende.

Fortrinnsvis omfatter copolymeren i foreliggende latex

pr. 100 totale vektdeler, fra 40 til 60 vektdeler copolymerisert styren enheter, fra 35 til 55 vektdeler copolymerisert 1,3-butadien enheter, fra 4 til 15 vektdeler copolymeriserte acrylonitril eller methacrylonitril enheter, fra 1 til 5 vektdeler copolymeriserte hydroxyalkyl monomer enheter, og fra 1 til 3 vektdeler copolymeriserte umettede copolymeriserbare carboxylsyre enheter.

Det forutsettes at det i tillegg til de ovenfor angitte monomerer kan det tilsettes opptil 20% av andre copolymeriserbare monomere i copolymeren innbefattende estere av acrylsyre methacrylsyre, fumarsyre, maleinsyre og itaconsyrer, substituerte styrener, slik som alpha-methyl styrene eller vinyl-toluen, vinyl- klorid, vinyliden-klorid, isopren, 2,3-dimethyl-

butadien, piperylen, acrylamide og methacrylamid.

De copolymeriserbare carboxylsyrer som kan anvendes i foreliggende latex innbefatter acrylsyre, methacrylsyre,

v

fumarsyre og itaconsyre, idet acrylsyrer er generelt foretrukket.

Et vesentlig trekk ved foreleggende latex er anvendelse av

en hydroxyalkyl monomer i forbindelse med enten acrylonitril eller methacrylonitril ved fremstilling av copolymeren som fortrinnsvis fremstilles ved konvensjonell emulsjons polymerisasjonsprosesser. Det er funnet at i enkelte tilfeller kan små forbedringsgrader

i holde-resistansen til papirbelegningskomposisjonene oppnås ved anvendelse av carboxylert styren/butadien copolymer latexer inneholdende copolymeriserte enheter av enten en hydroxyalkyl monomer eller acrylonitril, men slike forbedringer, hvis disse overhodet finnes, er meget mindre enn forbedringen i holde-resistans som kan oppnås ved anvendelse av foreliggende latexer. Enn videre utviser papirbelegningskomposisjoner basert på carboxylert styren/butadien/arcylonitril copolymer latexer ikke inneholdende hydroxyalkyl monomerer, generelt en særlig høy grad av blekk absorbsjonsevne som i enkelte tilfeller kan være nyttige, men som generelt ikke erønskelige.

Foreliggende copolymere latexer gjør det mulig å formulere papirbelegningskomposisjoner som ikke bare har en betydelig forbedret holde resistans, men også har blekk absorbsjons karakteristika som kan varieres mellom relativt vide grenser avhengig av de eksakte mengder av copolymeriserte enheter av hydroxyalkyl monomer og av akrylonitril eller methacrylonitril. Det vil forståes at blekk absorbsjonsevnen også kan reguleres ved andre justerbare parametere i papir belegningskomposisjonen, innbefattet den midlere partikkel diameter på latexen og mengden av copolymeriserte enheter av butadien.

Foreliggende copolymerer latexer kan fremstilles ved konvensjonell emulsjons polymerisasjons prosedyrer, og slike latexer kan i tillegg til monomerene, inneholde andre kon-vensjonelle bestanddeler, slik som overflateaktive midler, polymerisasjonsinitiatorer,molekylvekt modifiseringsmidler, .dispergeringsmidler, buffere, avskumningsmidler o.l. Den hensiktsmessige polymerisasjonsprosedyre og bestanddeler vil være velkjent for fagmannen.

Ifølge en annen side ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en komposisjon for belegning av papir, kartong o.l. substrater omfattende en vanlig dispersjon av en eller flere pigmenter og en latex i følge oppfinnelsen som bindemiddel for pigmentene.

Generelt vil foreliggende belegningskomposisjoner inneholde en copolymer latex av den overfor beskrevne type som et bindemiddel for en dispersjon av pigmenter slik som f.eks. leire eller Satin Hvit og kan i tillegg inneholde dispergeringsmidler slik som tetranatrium pyrofosfat, vann-løselige colloider og/eller fortykningsmidler slik som natrium polyacrylat, natrium carboxymethyl cellulose, alkalisk oppløselige carboxylerte acryl latexer, avskumningsmidler, pH buffere, thermoreactive harpikser slik som melamin-formaldehyd kondensater, og andre bestanddeler som er velkjent ved papirbelegning. Enn videre behøver foreliggene høypolymere latexer ikke nødvendigvis bare være det eneste pigmentbindemiddel i papirbelegningsformuleringen, og ytterligere bindemidler kan innbefattes, slik som f.eks. høypolymere latexer av kjent type, stivelse, casein, polyvinyl alkohol, o.l. For å oppnå fullt ut de tekniske eller økonomiske fordeler ved foreliggende latexer bør mengden av slike ytterligere bindemidler være liten og fortrinnsvis utelates.

De etterfølgende eksempler illustrer oppfinnelsen:

Eksempel 1 til 5.

En serie av latexer ble fremstilt ved emulsjons polymerisasjon med de monomer komposisjoner som er angitt i tabell 1.

Disse latexer ble anvendt som bindemidler i pigment belegningskomposisjoner under anvendelse av følgende formulering.

De resulterende . belegningskomposisjoner ble håndbelagt med Meyer Rod på en "off-machine air-knife coating grade" papir med en Cobb verdi på ca. 25 til en belegningsvekt på 12 g/m 2, lufttørket i 3 timer, og tørkingen ble fullført ved at det ble bragt i kontakt med en oppvarmet trommel ved 110°C i 2 minutter. Det belagte papir ble deretter kondisjonert ved 23°C og 50% relative fuktighet før super-kalandrering gjennom 5 klemmer ved en skål temperatur på 60°C.

Test resultatene er oppført i tabell 1.

Forbedringen i både tørr- og våt holde resistans av latex

2 til 5 som inneholder acrylonitril og hydroxy ethylacrylat er overbevisende i sammenligning med latex 1.

Eksempel 6 til 19.

En serie av latexer ble fremstilt ved emulsjons polymerisasjon med monomersammensetninger som angitt i tabell 2. Disse latexer ble anvendt som bindemidler i pigment-belegnings komposisjoner under anvendelse av følgende belegnings-formulering.

Disse belegg ble overført med en trådviklet stav med

12 g/m 2på et tre-fritt belegningspapir med moderat partikkel-størrelse (Reed Aerocoat), luft-tørket i 3 trimer ved omgivende temperatur hvoretter tørkningen ble fullført på en trykk glanser ved 110°C i 2 minutter. The belagte papir ble deretter kalandrert mellom ruller ved 70°C gjennom 4 klemmer ved 276 kg pr. 2.54 cm og ble til slutt kondisjonert ved 23°C og 50% relativ fuktighet.

Tørr holde-resistansen av beleggene ble deretter■målt på en "I.G.T. printability tester Type AC2" under anvendelse av "IPI Tack Grade Ink No. 5" og resultatene er angitt i siste spalte i tabell 2.

I tabell 2 er latex nr. 6 til 11 ikke innen oppfinnelsens ramme, og er innbefattet for sammenligningens skyld. Latex nr. 12 til 19 representerer latexer fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse. Det observeres klart at latex nr. 12 til 19 utviser betydelige hoyere holde-resistanser enn sammenlignings latexene nr. 6 til 11.

I tabell 2 indikerer spalten "Nitril" graden av acrylonitril med unntagelse av latex nr. 16 hvor methacrylonitril (MAN) ble anvendt. Acronymer i tabell 2 er som folger:-

HEA 2-hydroxyethyl acrylat

HPA 2-hydroxypropyl acrylat

HEMA 2-hydroxyethyl methacrylat

HPMA 2-hydroxypropyl methacrylat

MoAMd N-methylolacrylamid

MAN Methacrylonitril

Claims (16)

1. Latex av en copolymer, karakterisert ved a t den omfatter pr. 100 vektdeler fra 35 til 65 vektdeler copolymerisert styren enheter, fra 30 til 60 vektdeler copolymeriserte 1,3-butadien enheter, fra 2 til 25 vektdeler copolymeriserte acrylonitril eller methacrylonitril enheter, fra 0.25 til 10 vektdeler copolymeriserte enheter av hydroxyalkyl monomer (som her definert), og fra 0 til 5.vektdeler copolymeriserte enheter av en copolymeriserbar umettet carboxylsyre.

2. Latex ifølge krav 1, karakterisert ved a t mengden av copolymeriserte enheter er fra 40 til 60 vektdeler.

3. Latex ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at mengden av copolymeriserte 1,3-butadien enheter fra 35 til 55 vektdeler.

4. Latex ifølge hvilken som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at mengden av copolymeriserte acrylonitril eller methacrylonitril enheter er fra 4 til 15 vektdeler.

5. Latex ifølge hvilken som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at mengden av copolymeriserte hydroxyalkyl monomer enheter er fra 1 til 5 vektdeler.

6. Latex ifølge hvilken som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at mengden av copolymeriserte umettede carboxylsyre enheter er fra 1 til 3 vektdeler.

7. Latex ifølge hvilken som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at copolymeren omfatter opp til 20 vektdeler av en eller flere andre copolymeriserbare monomerer.

8. Latex ifølge hvilken som helst av kravene 1 til 7, karakterisert ved at den umettede carboxylsyre er valgt fra acrylsyre, methacrylsyre, fumarsyre og itaconsyre.

9. Latex ifølge hvilken som helst av kravene 1 til 8, karakter'isert ved at latexen er blitt fremstilt ved sumulsjons polymerisasjon.

10. Latex av copolymer hovedsaklig som her beskrevet, i hvilken som helst av eksemplene 2 til 5 og 12 til 19.

11. Komposisjon for belegning av papir, kartong o.l. substrater, karakterisert ved at den omfatter en vanlig dispersjon av en eller flere pigmenter og en latex ifølge hvilken som helst av de foregående krav som bindemiddel for pigmentene.

12. Komposisjon ifølge krav 11, karakterisert ved at komposisjonen i tillegg omfatter en eller flere av dispergeringsmidler, vannlø selige colloider, fortykningsmidler, avskumningsmidler, pH buffere og thermoreactive harpikser.

13. Komposisjon ifølge krav 11 eller 12, karakterisert ved at pigmentet er leire eller Satin White.

14. Komposisjon ifølge hvilken som helst av kravene 11 til 13, karakterisert ved at komposisjonen innbefatter en mindre mengde av et konvensjonelt bindemiddel.

15. Komposisjon for belgning av papir, kartong o.l. substrater, hovedsaklig som her beskrevet i hvilken som helst av eksemplene 2 til 5 og 12 til 19.

16. Papir eller kartong belagt med komposisjon ifølge hvilken som helst av kravene 11 til 15.