Brevet FR2194841A1 — publié le 19740301

La présente invention concerne un lubrifiant mixte pour enduits à l'amidon pour le couchage du papier. Deux des ralles essentiels d'un lubrifiant dans un enduit de couchage du papier au cours du calandrage sont la réduction de la formation de poussières et l'amélioration du brillant. L'addi- tion de lubrifiants aux enduits de couchage contenant des pigments peut améliorer la qualité de l'enduit fini au cours du calandrage et peut également faciliter cette opération. L'utilisation de lubrifiants a généralement pour résultat un meilleur brillant du papier couché ou du carton couché, pour de plus faibles pressions de calandrage. De plus, le surglaçage du papier ou des traitements analogues ont souvent pour conséquence la formation de poussières, en particulier avec des enduits de couchage à base de pigments et d'amidon.La formation de poussières peut avoir plusieurs causes et, notamment, (1) une quantité insuffisante d'adhésif dans lten- duit de couchage, (2) une pénétration excessive de l'adhésif dans la feuille de base et ()) une mauvaise préparation de l'enduit de couchage, provoquant l'agglomération des pigments. Divers lubrifiants évitent ou suppriment la formation de poussières en lubrifiant l'enduit de couchage et en réglant la pénétration de l'adhésif. Pour assurer la lubrification de l'enduit de couchage à l'état humide, on utilise à la fois des savons solubles et des savons insolubles. Des savons tels que le stéarate de sodium et le stéarate d'ammonium confèrent des propriétés lubrifiantes aux enduits de couchage humides. Un enduit de couchage convenablement lubrifié est prélevé uniformément par le rouleau applicateur, déposant ainsi sur le papier une couche plus uniforme. Les savons solubles exercent un effet notable sur la viscosité des enduits de couchage, en particulier de ceux contenant de l'amidon comme adhésif, et ils doivent donc titre utilisés avec circonspection. Les savons insolubles et pouvant titre dispersés, tels que le stéarate de calcium et le stéarate d'aluminium, Jouent un simple rale de lubrification dans un enduit de couchage, d'une manière analogue aux savons solubles mais, en général, ils n'exercent qu'un effet minime sur la viscosité. Le stéarate de calcium, qu'on peut obtenir en poudre sèche ou en dispersion, est utilisé à raison d'environ 1 à 1,5% en poids sec par rapport au poids sec des pigments de l'enduit de couchage. D'autres produits tels que les huiles sulfonées, les esters d'acides gras et les émulsions de cires lubrifient également les enduits de couchage, mais à un moindre degré que les savons solubles et les savons insolubles. La lubrification de la couche sèche pour aider à améliorer le satiné et le brillant et pour diminuer la production de poussières est réalisée au mieux avec les savons solubles ou les savons insolubles. Certaines émulsions de cires Jouent également le rôle de lubrifiants efficaces mais il convient de les utiliser avec précaution en raison de problèmes de stabilité et du caractère glissant excessif qui peut autre communiqué à l'enduit de couchage. Les émulsions de cire ordinaires, stabilisées par du savon, sont constituées par environ 50% de cire, 7% de savon et 43 d'eau. Les savons ordinaires, utilisés comme émulsionnants des cires, comprennent les oléates et stéarates de sodium ou de potassium. Les cires ordinaires comprennent les cires de paraffine et les cires microcristallines. Bien que l'on connaisse des compositions de cire pour des enduits de couchage à base d'amidon pour l'enduction au rouleau (cf. "Coating Formulations - Principles and Practices", Nadelman & Baldaur, 1966, p. 109-110), on les utilise rarement en raison du caractère glissant excessif et de la formation possible de taches résultant de l'agglomération ou d'une incompatibilité avec le système de base.Des émulsions de cires sont parfois utilisées comme lubrifiants dans des systèmes à base de latex et de protéines. Le fait que les savons sont les lubrifiants préférés dans les systèmes à base d'amidon est confirmé par les indications figurant aux pages 1647 et 1648 de l'ouvrage de James P. Casey, "Pulp and Pape, 2ème éd., 1961, Interscience Publishers, New-York "Des émulsions de cire sont parfois ajoutées à des enduits de couchage pour réduire la formation de poussières au cours du calandrage, pour augmenter le caractère hydrofuge, pour améliorer la flexibilité et pour augmenter le brillant. On utilise environ 0,3 à 1,0% de cire de paraffine ou de cire microcristalline par rapport au poids de pigments. Dans les enduits à base d'amidon et destinés à l'enduction au rouleau à grande vitesse, on ajoute généralement des savons. Ceux-ci réagissent avec l'amidon et confèrent à l'enduit de couchage des caractéristiques rhéologiques qui améliorent ltégalisation de la couche sur le papier. On utilise couramment des stéarates de sodium efi d'ammonium et des dispersions de savus métalliques insolubles (stéarate de calcium), en général à raison de 2 à 5 parties pour 100 parties d'adhésif à l'amidon.Les savons métalliques insolubles peuvent titre ajoutés directement à l'enduit de couchage mais les savons de sodium doivent titre dissous dans de 11 eau chaude. I1 est préférable d'ajouter ceux-ci après que l'enduit de couchage a été refroidi au voisinage de la température ambiante. Les savons ne font pas que modifier les caractéristiques d'écoulement de l'enduit de couchage et conférer à celui-ci la thixotropie souhaitée, ils ont aussi pour effet de réduire la formation de poussières et d'augmenter le brillant lors du calandrage. Le tristéarate de glycéryle est un autre produit utilisé quelquefois dans les enduits pour le couchage du papier. Toutefois, tous ces produits doivent titre utilisés avec circonspection parce que des quantités excessives affectent les caractéristiques de l'enduit de couchage et sont cause d'ennuis avec un médiocre séchage des encres d'imprimerie. Dans l'enduction au rouleau, le rouleau de report, revêtu de caoutchouc, subit parfois une détérioration plus rapide lorsque ces produits sont utilisés dans 11 enduit de couchage". Conformément à l'invention, on utilise un mélange de deux lubrifiants connus qui agissent ensemble d'une manière inattendue, avec un effet synergique, pour donner un résultat supérieur à celui que l'on obtient en utilisant séparément l'un ou l'autre d'entre eux. Le lubrifiant selon l'invention est essentiellement constitué par un premier lubrifiant , qui est du stéarate de calcium (ou l'un des autres produits équivalents mentionnés ci-après) en même temps qu'un agent de dispersion, si nécessaire, émulsionné par un second lubrifiant, qui est du suif modifié (ou l'un des autres produits équivalents mentionnés ciaprès), en utilisant un émulsionnant anionique ou non ionique. Ces lubrifiants sont particulièrement utiles dans les enduits à base dtamidon. Tandis qu'il est connu d'utiliser le stéarate de calcium et autres produits équivalents comme lubrifiants dans des enduits à base d'amidon, le suif modifié et ses équivalents sont rarement utilisés, bien que de tels lubrifiants soient connus dans la technique. Le suif modifié et ses équivalents ntemptchent pas suffisamment la formation de poussières pendant le surglaçage et peuvent poser de graves problèmes dans la manipulation du papier, en raison de la déformation en tronc de chine après que le papier a été enroulé. La combinaison des lubrifiants efficaces connus (le stéarate de calcium et ses équivalents) avec les lubrifiants inférieurs connus (le suif modifié et ses équivalents) produit un effet synergique inattendu.Lorsque ces lubrifiants sont émulsionnés ensemble et ajoutés à un enduit de couchage à base d'amidon en un poids qui est approximativement le même que si l'un ou l'autre d'entre eux était utilisé séparément, le brillant et les caractéristiques de résistance à la formation de poussières de l'enduit de couchage sont fortement améliorés. Cette combinaison se distingue des émulsions de cire et de savon par le fait que le stéarate de calcium ou ses équivalents sont présents en une quantité de beaucoup supérieure à celle qui serait nécessaire pour émulsionner le suif modifié ou ses équivalents et qu'ils sont en fait au moins aussi importants pour le suif modifié, ou ses équivalents, pour leurs qualités lubrifiantes. Dans le cas du stéarate de calcium ou de ses équivalents, s'ils sont également insolubles, un agent de dispersion est généralement présent. L'émulsionnant doit autre anionique ou non ionique parce que les enduits pour le couchage du papier sont presque toujours alcalins, leur pH étant souvent compris entre 8,o et 9,5. Les composés utiles comme premiers lubrifiants" comprennent les stéarates, oléates, laurates, palmitates et myristates de calcium, de zinc, d'aluminium, de sodium, d'ammonium ou de magnésium. Le stéarate de calcium est, de beaucoup, le "premier lubrifiant" préféré. Des équivalents préférés pour la mise en oeuvre de l'invention sont le stéarate de zinc, le stéarate d'aluminium et le stéarate de magnésium. Un groupe légèrement moins préféré d'équivalents comprend l'oléate de calcium et 1'oléate de zinc. Un groupe d'équivalents encore moins préféré, quoique acceptable, comprend le stéarate de sodium, le stéarate d'ammonium, 1'oléate de sodium, l'oléate d'ammonium et autres composés analogues. Les agents de dispersion qui conviennent au stéarate de calcium et à ses équivalents comprennent les polyéthylèneglycols d'un poids moléculaire de 200 à 1.200, les esters d'acides gras en C14-C18, l'octylphénol éthoxylé avec 5 à 7 moles d'oxyde d'éthylène, l'alcool tridécylique éthoxylé avec 5 moles d'oxyde d'éthylène, le nonylphénol éthoxylé avec 9 moles d'oxyde d'éthylène et les autres produits analogues. La plupart des agents de dispersion non ioniques et anioniques disponibles sur le marché donnent des résultats satisfaisants. Le lubrifiant secondaire plus particulièrement préféré est le suif désacidifié. On préfère également le suif neutralisé, ctest-à-dire le suif lui-mtme, contenant ses acides gras naturels, à condition que de l'alcali soit ajouté en quantité suffisante pour neutraliser ces acides gras, tenant compte du fait que les enduits de couchage avec pigments sont presque toujours alcalins. Le suif hydrogéné est un autre équivalent également préféré. Le suif substitué par un groupe allyle en C1-C4 est un lubrifiant secondaire un peu moins préféré. Un autre groupe un peu moins préféré d'équivalents comprend les cires de paraffine, les cires microcristallines et les cires synthétiques. Les cires naturelles ne conviennent pas à la mise en oeuvre de l'invention. Un autre groupe de lubrifiants secondaires un peu moins préférés comprend les polyéthylèneglycols d'un poids moléculaire de 400 à 10.000, plus spécialement de 400 à 4.000, et les alcools gras saturés tels que des mélanges de tels alcools en C14-C18 où prédominent les alcools en C16. D'autres équivalents, modérément préférés, du suif modifié sont les esters d'acides gras tels que les produits de réaction entre (1) au moins un acide gras à squelette en C2-C28, qui peut wetre saturé ou non, ramifié ou linéaire, substitué ou non et monocarboxylique ou dicarboxylique et (2) au moins un alcool aliphatique à squelette en C2-C30 qui peut titre saturé ou non, ramifié ou linéaire et qui peut Outre un monoalcool, un diol ou un polyol, et primaire, secondaire ou tertiaire, les rapports molaires des réactifs devant titre d'environ 1,0 mole d'acide gras pour chaque groupe hydroxy de l'alcool.Des exemples de tels esters d'acides gras comprennent les esters méthyliques,butyliques et propyliques d'acides gras en C12-C22 et le produit de la réaction d'un mélange d'acide oléique et d'acide linoléique avec un alcool aliphatique qui est un mélange de queues de distillation d'alcools obtenus par oxosynthèse et comprenant des alcools en C8-C16, tant linéaires que ramifiés. Des équivalents un peu moins préférés, mais encore utiles, du suif modifié sont les esters de polyéthylèneglycols de poids moléculaire compris entre 200 et 800 et d'acides gras en C12-C22. Des émulsionnants utiles comprennent tous les agents de dispersion précités ainsi que l'oléate de morpholine (préféré), le stéarate de morpholine, les phénols éthoxylés, les amines homologues des acides gras du coprah, les alcanolamines, les amines aliphatiques, etc. I1 convient de remarquer que si le premier lubrifiant utilisé est soluble dans l'eau, comme c'est le cas du stéarate de sodium, il ne faut que peu ou pas de dispersant et/ou d'émulsionnant, ceci parce qu'une faible fraction de ce premier lubrifiant, hydrosoluble, peut titre suffisante pour émulsionner le mélange. On peut préparer les compositions selon l'invention par simple mélange des constituants à la température ambiante. Si l'on utilise un premier lubrifiant insoluble, on peut d'abord le mélanger avec un agent de dispersion et le combiner ensuite avec le second lubrifiant, qui peut autre préparé d'abord sous forme d'une émulsion aqueuse. Suivant une variante, on peut ajouter en une seule fois tous les constituants et les mélanger ensemble. Une homogénéisation des constituants après ce mélange peut autre souhaitable pour assurer un mélange homogène. Le premier lubrifiant doit titre présent à raison de 30 à 90 et, de préférence, 40 à 60 parties en poids, le second lubrifiant doit autre présent à raison de 10 à 70 et, de préférence, 40 d 60 parties en poids, l'agent de dispersion peut titre présent jusqu'à raison de 30 parties en poids et, de préférence, à raison de 1 à 10 parties en poids, l'émulsionnant peut être présent jusqu'à raison de 30 parties en poids et, de préférence, à raison de 1 à 10 parties en poids et l'eau peut autre présente à raison de 1 à 160 et, de préférence, 60 à 100 parties en poids. On indique ci-après des exemples de telles compositions en poids Constituant I II III IV stéarate de calcium 26 26 26 48 suif modifié 26 31 36 5 agent de dispersion/émulsionnant 3 3 4 3 eau 45 40 35 44 On ajoute le lubrifiant fini à raison de 0,5 à 5k et, de préférence, 1,0 à 1,5 en poids sec par rapport au poids sec de la composition pour le couchage du papier. La description qui va suivre, en regard d'exemplesnon limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. Exemple 1 On mélange soigneusement 45 parties en poids de suif désacidifié, 5 parties en poids de bisphénol éthoxylé comme émulsionnant et 50 parties en poids d'eau et on homogénéise sous pression de 6,9 bars dans un homogénéiseur Mantun-Gaulin. On mélange alors 50 parties en poids de ce suif émulsionné avec 50 parties en poids d'une dispersion de stéarate de calcium contenant 50 de matières solides dont une faible proportion est constituée par un agent de dispersion. Le lubrifiant ainsi obtenu est un liquide blanc opaque d'un pH d'environ 9,0 et d'une teneur en matières solides d'environ o%. Exemple 2 On procède comme dans l'exemple 1 mais en remplaçant le bisphénol éthoxylé par de l'alcool tridécylique éthoxylé. Exemple 3 On répète l'exemple 1 en utilisant comme émulsionnants 1 partie de caséine et 2 parties de stéarate de morpholine et, comme lubrifiants, 75 parties en poids de stéarate de calcium et 25 parties en poids de suif désacidifié. Exemple 4 On répète l'exemple 1 avec 100 parties de stéarate de calcium et 50 parties de suif désacidifié. Exemple 5 On répète l'exemple 1 mais en remplaçant le suif désacidifié par les divers équivalents précités. Essai des lubrifiants pour enduits de couchage du papier. Essai 1 On détermine le brillant (norme TAPPI T480-TS65), l'aptitude à l'impression (indice IGT) et la résistance à la formation de poussières (frottement à sec) en utilisant un enduit à base d'argile avec 12 parties d'amidon et 4 parties de latex. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau de la page 9 I1 convient remarquer que l'on considère comme significatif un accroissement du brillant de plus de 2 points et que la formation de poussières est affectée d'une note de 1 à 10, les notes les plus faibles correspondant aux résultats les plus satisfaisants. Les indices IGT correspondent aux vitesses de la presse à imprimer et les valeurs les plus élevées sont donc préférées. Essai 2 On procède d'une manière analogue à celle de l'essai 1, mais avec un enduit ne contenant que de l'amidon et l'on ne fait de comparaison que sur le brillant. Par rapport à l'addition de 1 d'une dispersion de stéarate de calcium, l'addition de 1% du produit de l'exemple 3 améliore le brillant de 2 points et l'addition de 1,5% du produit de l'exemple 4 améliore le brillant de 5,5 points. T A B L E A U Feuilles enduites et calandrées à 60 C Brillant Additif aux pigments secs 1 passe# 2 passes# 3 passes# 4 passes# 1% de dispersion de 44 54 59 64 --- 75,6 5 stéarate de calcium 1,5% de dispersion de 46 56 62 65 2,0 83,8 3 stéarate de calium 1% du produit 49 57 63 67 3,7 81,1 3 de l'exemple 2 1,5% du produit 49 57 65 69 4,7 86,3 2 de l'exemple 2 * passage entre deux des rouleaux de calandrage - RE-fR.gDICATIOIS 1.- Lubrifiant mixte pour enduits à l'amidon pour le couchage du papier, caractérisé par le fait qu'il comprend A) 30 à gO parties en poids d'un premier lubrifiant qui est l'un au au moins des composés choisis dans le groupe constitué par les stéarates, oléates, laurates,palmitates et myristates de calcium, de zinc, d'aluminium, de sodium, d'ammonium et de magnésium, B) 10 à 70 parties en poids d'un second lubrifiant qui est l'un au moins des composés choisis dans le groupe constitué par le suif désacidifié, le suif neutralisé, le suif hydrogéné, les suifs substitués par des radicaux alkyle, la cire de paraffine, les cires microcristallines, les cires synthétiques, les polyéthylèneglycols d'un poids moléculaire de 400 à 10.000, les alcools gras saturés, les esters d'acides gras et les esters de polyéthylèneglycols, C) 1 à 160 parties en poids d'eau, D) zéro à 30 parties en poids d'un agent de dispersion et E) zéro à 30 parties en poids d'un émulsionnant, l'un au moins des constituants D et E devant être présent si le constituant A est insoluble dans l'eau. 2.- Lubrifiant selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il contient 40 à 60 parties en poids du constituant A, 40 à 60 parties en poids du constituant B, 60 à 100 parties en poids du constituant C, 1 à 10 parties en poids du constituant D et 1 à 10 parties en poids du constituant E. 3.- Lubrifiant selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le constituant A est le stéarate de calcium, le constituant B est le suif désacidifié et le constituant E est l'oléate de morpholine. 4.- Lubrifiant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le constituant A est l'un au moins des composés choisis dans le groupe constitué par le stéarate de zinc, le stéarate de calcium, le stéarate d'aluminium et le stéarate de magnésium. 5.- Lubrifiant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le constituant B est l'un au moins des composés choisis dans le groupe constitué par le suif désacidifié, le suif neutralisé, le suif hydrogéné et les suifs substitués par des radicaux alkyle. o.- Lubrifiant se on la revendication i, caractérisé nar ie fait t oue le sensti f--Erf l est le stéarate de calcium. 7.- Lubrifiant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le constituant B est le suif désacidifié. 8.- Procédé de lubrification d'un enduit à base d'amidon pour le couchage du papier,caractérisé par le fait qu'on incorpore à cet enduit 0,5 à 5,0 en poids sec d'un lubrifiant selon la revendication 1 par rapport au poids sec de l'enduit. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'on ajoute 1,0 à 1J5 en poids sec d'un lubrifiant selon la revendication 1. 10.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le constituant A du lubrifiant selon la revendication 1 est le stéarate de calcium. 11.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le constituant B du lubrifiant selon la revendication 1 est le suif désacidifié.