Brevet FR2011197A1 — publié le 19700227

L'invention a pour objet un papier de forte opacité et plus particulièrement des feuilles chargées au bioxyde de titane qui possèdent un pouvoir de dispersion de la lumière améliorée. L'opacité dans le papier, comme dans d'autres matériaux,est produite par dispersion et réflexion de la lumière durant sa traversée de la feuille. Habituellement, le papier se caractérise par des changements brusques de l'indice de réfraction aux nombreuses interfaces air-fibre, d'où découle une opacité qui augmente généralement en même temps que le grammage du papier. En ajustant le grammage et la texture superficielle, on arrive ordinairement à réaliser les exigences d'opacité requises par la plupart des papiers d'impression. Toutefois, pour des papiers à usages spéciaux, il est souvent nécessaire d'accroitre l'opacité par addition de matériaux de charge dispersant la lumière, tel que le bioxyde de titane. Le problème principal concernant la fabrication d'un papier chargé au bioxyde de titane, est constitué par la tendance que présentent les très petites particules de bioxyde de titane à passer entre les fibres cellulosiques puis dans les eaux blanches. L'aspect économique de cette situation oblige le papetier à ajouter l'un des nombreux produits bien connus qui contribuent à la rétention. Grâce à ces agents de rétention on peut arriver à conserver, dans la feuille, jusqu'à 900 de la charge. Malheureusement, ceci engendre la floculation ou l'agglomération des particules de titane et une diminution de leur efficacité de dispersion. Le problème mentionné ci-dessus est particulièrement aigu dans le cas du papier destiné aux feuilles imprimées des stratifiés décoratifs. Pour ces papiers, il est d'usage d'appliquer un dessin fantaisie sur la feuille puis de la saturer avec une résine telle que la mélamine formaldéhyde dans la proportion d'environ 40% en poids du grammage de la feuille finie. Pendant l'opération de saturation l'air inclus dans la feuille est remplacé par la résine dont l'indice de réfraction est sensiblement le meme que celui de la cellulose. En conséquence de ce fait, la feuille se trouve être rendue transparente; la seule opacité importante qui subsiste étant celle due aux charges introduites. On a constaté, d'une manière inattendue et conformément à la mise en pratique de cette invention que le papier contenant du bioxyde de titane floculé, présentait une opacité fortement accrue si l'on ajoutait dans la pite de ce papier une petite quantité de matériau colloSdal dont les particules avaient reçu superficiellement une charge électrique stable.-Cette charge peut être positive ou négative mais elle ne peut être nulle. On dispose à cet effet d'une gamme étendue de matériau colloSdal mais on a trouvé que les colloides~d'alumine hydratés et de silicate de magnésium hydraté étaient particulièrement efficaces.On croit- que l'augmenta -tion d'opacité est la conséquence de l'introduction du matériau colloïdal dans la structure des agglomérats de bioxyde de titane et de leur association avec ceux-ci d'une manière telle que les particules de bioxyde de titane agissent comme des dispersants individuels plutôt que comme des dispersants agglutinés, avec la perte de pouvoir que cela comporte. Dans leidéal, l'additif colloïdal opacifiant devrait avoir un diamètre réel de particule considérablement inférieur à celui des particules du bioxyde de titane courant qui est d'environ 350 millimicrons. On avance la théorie que les charges superficielles constantes sur les particules colloIdales opacifiantes provoquent une répulsion réciproque des particules, permettant ainsi de conserver un petit diamètre réel à celles-ci et facilitant leur introduction dans la structure des agglomérats du bioxyde de titane. La présente invention envisage l'augmentation de l'opacité d'un papier chargé au bioxyde de titane floculé en ajoutant aux matières premières un produit colloidal véhiculant une charge électrique stable à la surface de ses particules. Comme on le verra dans les exemples ci-après, on peut obtenir une augmentation inattendue de l'opacité en ajoutant le eolloide chargé dans des proportions aussi faibles que 0,1 pour cent, voire même moins, par rapport au poids de bioxyde de titane introduit . On a pu constater qu'il n'y avait aucune limitation dans les zones su- périeures de pourcentage en dehors de celles qui sont liées à des considérations d'ordre économique.On a conduit les expériences en se servant de particules sphériques chargées allant de 10 à 30 millimicrons de diamètre et de particules en forme de bâtonnets dont le diamètre était d'environ 4 millimicrons et la longueur d'environ 100 millimicrons (volume équivalent à une sphère de 15,5 millimicrons de diamètre).On a obtenu dans tous les cas,des résultats excellents. On a utilisé pour les exemples la procédure suivante le bioxyde de titane était ajouté à l'eau puis dispersé en y introduisant 0,3 % d'hexamétaphosphate de sodium (par rapport au poids des charges) et en mélangeant dans un malaxeur Cowles.On ajoutait la bouillie ainsi obtenue à des matières premières de fibres cellulosiques raffinées à 450 CSF (Canadian Standard Freeness) A ces matières premières combinées, on ajoutait une dispersion aqueuse de matériau colloidal opacifiant dont le type et la quantité sont donnés ci-après. La pile raffineuse était alors vidée dans un cuvier et on procédait à un ajustage du pH à environ 6,0 avec de l'alun.On ajoutait, pour conférer la résistance à l'état humide, 0,2410 d'une résine mélanine formaldéhyde (pourcentage basé sur le poids de la totalité des matières premières.On a utilisé comme agent de rétention des charges, un polymère d'acrylamide à poids moléculaire élevé commercialisé par Don Chemical Co. sous la marque de fabrique : SEPARAN PE2. Celui-ci était introduit dans la caisse de tête suivant une quantité d'environ 0,05% par rapport au poids total des matières premières. Les papiers des exemples ont été ensuite fabriqués sur une machine à table plate de laboratoire à un grammage d'environ 162 g/m2 et avec une teneur en bioxyde de titane d'environ 25 fio par rapport au grammage au m2. On procédait finalement au classement des papiers suivant le degré d'opacité. Dans tous les cas, le classement d'opacité était réalisé dans un milieu simulant celui du lamifié décoratif en matière plastique. Les papiers étaient saturés avec une huile minérale lourde dont l'indice de réfraction approchait de celui des ma tériaux plastiques thermodurcissables typiques. le paramètre d'opacité donné pour les exemples est le pouvoir de dispersion SW tel qu'il est décrit dans la Norme TAPPI T 425 M-60. Pour chaque cas, le pouvoir de dispersion a été corrigé si nécessaire pour être ramené au grammage exact de référence 162 g/m2 . Dans un lamifié en matière plastique, une augmentation de 0,5 % de la valeur de SW représente une sérieuse augmentation de l'opacité. EXEMPLE 1:- On a fabriqué, à titre d'échantillon-témoin, une feuille de papier réalisée et essayée comme il a été exposé cidessus mais en ntenmployant aucun matériau colloïdal opacifiant chargé. Les particules de bioxyde de titane avaient la structure cristalline du rutile et étaient ajoutées dans le rapport de 30 parties de bioxyde de titane pour 70 parties de fibres cellulosi ques0 Le pouvoir de dispersion corrigé, pour la feuille témoin, était de 10,7. EXEMPLE II.- On a préparé une feuille comme pour l'exemple I mais en ajoutant aux matières premières de la pile 0,83% -par rapport au poids de bioxyde de titane - d'une dispersion aqueuse de silicate de magnésium hydraté vendu dans le commerce par FMC Corp. sous la marque AVIBEST. Le produit est en forme de bâtonnets avec un diamètre réel de particule d'environ 20 millimicrons et il porte une charge superficielle négative. Le pouvoir de dispersion de cette feuille était de 12,0. EXEMPLE III.- On a préparé une feuille comme pour l'exemple I mais en ajoutant aux matières premières de la pile, une dispersion aqueuse d'alumine hydratée vendue dans le commerce par CABOffl Corp. sous la marque de ALON C. Ce produit possède une charge su -perficielle positive et le diamètre moyen des particules est de 30 millimicrons. Ce matériau opacifiant était introduit à raison de 0,83 % du poids de bioxyde de titane ajouté. Le pouvoir de dispersion corrigé de la feuille était de 11,5. 3IEMPLE IV.- On a préparé une feuille comme pour l'exemple I mais en ajoutant aux matières premières de la pile une dispersion aqueuse d'alumine hydratée vendue dans le commerce par REYNOIDS ALUMINIUM Co. sous la marque RRE 700. Sa charge superficielle est positive et le diamètre des particules va de 10 à 15 millimicrons. Ce produit opacifiant était ajouté au taux de 0,83% du poids de bioxyde de titane introduit. Le pouvoir de dispersion était de 12,1. EXEMPLE V :-On a préparé une feuille comme dans l'exemple Il avec le silicate de magnésium hydraté comme agent opacifiant mais dans la proportion de 0,10% du poids d'oxyde de titane introduit0 Le pouvoir de dispersion était de 11,6. EXEMPLE VI.- On a préparé et essayé une feuille de la manière décrite ci-dessus d'une façon générale et on a utilisé pour cela des matières premières composées d'un mélange de 70 parties de fibres cellulosiques pour 28 parties de bioxyde de titane rutile et 2 parties de silico aluminate de sodium. Ce dernier produit était utilisé en tant que charge ou remplaçant de charge pour le bioxyde de titane. On ajoutait à ces matières premières 2,7% du poids de bioxyde de titane introduit ,du silicate de magnésium hydraté de l'exemple II. Le pouvoir dispersant corrigé était de 11,4. EXEMPLE VII.- Afin de disposer d'autres échantillonnages témoins on a fabriqué et essayé une feuille comme indiqué ci-dessus en utilisant du bioxyde de titane à structure cristalline anatase. Le bioxyde de titane était introduit dans la proportion de 30 parties de bioxyde de titane pour 70 parties de fibres cellulosiques. On ne se servait d'aucun colloide opacifiant à charge eleetrique. Le pouvoir dispersant corrigé était de 9,4. EXEMPLE VIII.- On a préparé une feuille comme pour l'exemple VII mais en ajoutant aux matières premières de la.pile,O,83% du poids de bioxyde de titane, du silicate de magnésium hydraté de l'exemple II. Le pouvoir de dispersion corrigé était de 10,2. - REVEEDICATIONS- lo Papier à opacité élevée comprenant une quantité de bioxyde de titane d'environ 5 à 40, calculée sur le grammage total,ledit bioxyde de titane ayant été ajouté aux matières premières dudit papier, caractérisé en ce qu'il comprend un matériau colloïdal d'opacification, celui-ci ayant été introduit dans les matières premières dudit papier suivant des quantités allant de 0,05% à 5% environ du poids du bioxyde de titane ajouté, les particules constituant ledit matériau colloïdal opacifiant ayant un diamètre effectif d'environ 5 à 50 millimicrons et portant sur leurs faces une charge électrique stable non nulle. 2.- Papier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau colloïdal opacifiant comprend un produit choisi dans le groupe constitué par l'alumine hydratée et le silicate de magnésium hydraté. 3.- Feuille pour stratifié décoré comprenant un papier selon la revendication 2 caractérisée en ce que ledit papier est imprégné d'une résine thermodurcissable dans une proportion de 30 à 70% environ par rapport au poids de la feuille finie. 4.- Procédé de fabrication d'un papier à opacité élevée, caractérisé en ce qu'on prépare une suspension aqueuse de fibres de cellulose , en ce qu'on introduit dans ladite suspension aqueuse du bioxyde de titane suivant environ 10 à 70410 du poids de fibres cellulosiques et, en ce qu'on introduit dans ladite suspension aqueuse environ 0,05% à 5% par rapport au poids du bioxyde de titane ajouté, d'un produit colloïdal opacifiant ayant un diamètre réel de particules allant d'environ 5 millimicrons à 50 millimicrons ces particules étant superficiellement pourvues d'une charge électrique stable non nulle. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on ajoute aux matières premières un silico aluminate de sodium suivant environ 7% du poids de bioxyde de titane introduit. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit matériau colloïdal opacifiant chargé électriquement est un matériau choisi dans le groupe comprenant l'alumine hydratée et le silicate de magnésium hydraté.