Brevet FR2271333A1 — publié le 19751212

La présente invention vise des compositions aqueuses pour couchage de papiers et cartons fournissant un revêtement adhérent possèdant une brillance particulièrement élevée. Elle concerne également un procédé de couchage des papiers et cartons à l'aide desdites compositions et les papiers et cartons couchés obtenus par ledit procédé. On sait que les compositions aqueuses pour couchage de papiers et cartons contiennent en principe des pigments et des liants. Le pigment le plus couramment utilisé est l'argile minérale. On peut également utiliser, en faible proportion par rapport à l'argile minérale, d'autres pigments tels que du carbonate de calcium, de l'oxyde de titane, de l'hydrargillite, du talc, du sulfate de baryum. Ces pigments sont mis en dispersion dans l'eau, généralement en milieu alcalin et en présence d'agents dispersants dont les plus importants sont le pyrophosphate tétrasodique, l'hexamétaphosphate de sodium, les polycrylates de bas poids moléculaire, à des taux compris entre 0,2 et 0,5 % en poids par rapport aux pigments. Ces pigments sont fixés au papier ou au carton par l'intermédiaire de liants.On utilise généralement comme liants une dispersion aqueuse d'un polymère synthétique tel qu'un copolymère de styrène et de butadiène, un polymère acrylique ou un polymère d'acétate de vinyle, employée soit seule, soit en mélange avec des liants naturels tels qu'amidons, protéines, caséine ou synthétiques tels que les alcools polyvinyliques. I1 est également possible d'associer aux dispersions aqueuses des produits capables d'améliorer les propriétés de rétention d'eau des compositions de couchage tels que des carboxyméthylcelluloses ou des alginates. Les compositions de couchage peuvent contenir enfin d'autres ingrédients divers tels que notamment des agents de réticulation, des agents antimousses, des agents glissants, des azurants optiques, des colorants. Le couchage des papiers et cartons à l'aide des compositions aqueuses est réalisé au moyen d'une machine à coucher selon diverses techniques mettant en oeuvre divers dispositifs parmi lesquels on peut citer ceux connus industriellement sous les appellations suivantes : la lame d'air, la size-press, la coucheuse Champion, la coucheuse Massez, la racle tralnante. Après couchage le papier ou le carton subit une opération de séchage. Les propriétés attendues des papiers couchis et des cartons couchés sont d'une part des propriétés telles que blancheur, bril lance et opacité et d'autre part des propriétés d'imprimabilité. Le pigment de couchage apporte au papier des propriétés optiques parmi lesquelles la brillance du papier couché peut etre une propriété recherchée. La brillance d'un papier couché n'appa rai t que si après séchage celui-ci subit une opération de finissage telle que, par exemple, le calandrage qui consiste à faire passer sous pression le papier couché entre deux ou plusieurs rouleaux tournant à des vitesses de rotation différentes. La friction qui se produit alors permet d'une part de lisser la surface du papier et d'autre part de donner aux particules lamellaires du pigment la même orientation parallèle au plan du papier, ce qui a pour effet d'apporter la brillane. L'augmentation de la pression de calandrage permet dans tous les cas d'améliorer la brillance ; cependant dans certains cas la pression de calandrage est limitée car il faut maintenir une porosité de couche suffisante, nécessaire à l'imprimabilité du papier couché (la porosité décroissant lorsque la pression de calandrage augmente), ou encore, dans le cas du carton couché, pour en maintenir la rigidité. Les niveaux de brillance que l'on veut obtenir dans ces cas nécessitent alors l'emploi de techniques de finissage du papier plus élaborées que le calandrage telles que le brossage et le surglaçage. Le pigment le plus utilisé dans les compositions de couchage est le kaolin ; pour améliorer la brillance du papier couché, on peut être amené à utiliser en mélange avec le kaolin, de faibles proportions d'autres pigments tels que l'alumine, le blanc satin, le carbonate de calcium de très fine granulométrie. L'emploi de ces charges permet d'améliorer la brillance sans dégrader et souvent en améliorant les autres propriétés optiques et d'imprimabi- lité du papier couché. La demanderesse a maintenant trouvé qu'on peut obtenir des papiers couchés présentant une excellente brillance en utilisant des compositions aqueuses pour couchage du papier contenant comme pigment secondaire, sous forme de latex, des polymères synthétiques. Les compositions aqueuses, objet de l'invention, contenant en dispersion un pigment et un adhésif liant le pigment sont caractérisées par le fait que de 5 à 30 % en poids de pigments sont constitués par un polymère synthétique formé de particules de dimensions comprises entre 0,05 et 0,25 micron, lesdites particules étant insolubles dans le liant et n'étant pas filmogènes dans les conditions d'application et de finition du revêtement. Une classe particulièrement préférée desdits polymères synthétiques est celle des polymères à prédominance hydrocarbonée. Des exemples de produits organiques appropriés, pouvant servir de particules en matière plastique suivant le procédé de la présente invention, sont les composés polyvinyliques aromatiques comme le polystyrène, le poly(a-méthylstyrène), le poly(4-méthylstyrène}, le poly(2-methylstyrène), le poly(3-méthylstyrène), le poly(4-méthoxystyrène), le poly(2-hydroxylméthylstyrène), le poly (4-éthylstyrène), le poly(4-éthoxystyrène), le poly(3,4-diméthylstyrène), le poly(2-chlorostyrène), le poly(3-chlorostyrène), le poly(4-chloro-3-méthylstyrène), le poly(4-tert-butylstyrène), le poly(2,4-dichlrostyrène), le poly(2,6-dichlorostyrène), le poly2,5-difluorostyrène), et le poly(l-vinylnaphtalène) ; les polyoléfines et les polyhalo-oléfines comme le chlorure de polyvinyle, le poly(3-cyclohexyl-l-propène), le poly(vinylcyclohexane), le poly (hexafluoropropylène), le polyf3-o-méthylphénylpropène), le polyéthylène, le polypropylène, le poly(l-butène), le poly(l-pentène), le poly(3,3-dimêthyl-l-butène), le poly(5,5-dimEthyl-l-hexène), et le poly(3-méthyl-l-butène), le chlorure de polyvinylidène, le poly (l,2-difluoroéthylène), les -esters diacides à insaturation a,B- éthylénique comme les polyméthacrylates, les polychloroacrylates et les polychlorométhacrylates, par exemple le poly(méthyl méthacrylate), le poly (2-chloroéthyl méthacrylate), le poly(isopropyl méthacrylate), le poly(cyclohexyl chloroacrylate), le poly(6thyl chloroacrylate), le poly(isobutyl chloroacrylate), le poly(isopro pyl chloroacrylate) et le poly Daaawles polymères utilisables cités ci-dessus, de faibles quantités, c'est-à-dire par exemple jusqu'à 20 % de divers autres monomères neutres copolymérisables, tels que des monomères à insaturation diéthylénique conjuguée, peuvent être présents comme comme nomères. Des monomères à insaturation diéthylénique conjugués sont par exemple : le 1,3-butadiène, l'isoprène et le 2-chloro-1,3-buta- diène. Des exemples de tels alkyl-acrylates sont l'acrylate de mé thyle, l'acrylate d'éthyle, l'acrylate de n-propyle, l'acrylate de sec-butyle, et l'acrylate de n-butyle. Des quantités réduites d'acides carboxyliques à insaturation a,ss-éthylénique peuvent également être des constitXants copolymérisés des pigments en matière plastique. De tels acides carboxyli-. ques sont l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide maléique, l'acide itaconique et l'acide fumarique. Les polymères synthétiques utilisables comme pigments dans le procédé de l'invention sont préparés sous forme de latex par tout procédé connu en soi de polymérisation en émulsion aqueuse. On prépare par exemple une dispersion du ou des monomères dans une solu ilion aqueuse contenant un émulsifiant et un électrolyte, on ajoute à la dispersion un catalyseur soluble dans l'eau du type à radicaux libres pour amorcer la polymérisation et le mélange est agité jusqu'à polymérisation complète. La dimension des particules est réglée par des moyens connus, comme par exemple la variation des quantités d'émulsifiant et d'éléctrolyte dans le système. Des liants appropriés dans le cadre de la présente invention sont entre autres les liants naturels comme l'amidon, les protéines et la caséine et les liants synthétiques connus. Les liants synthétiques appropriés sont entre autres les copolymères de styrène et de butadiène, les copolymères d'acrylate d'al- kyle et de styrène, les copolymères d'acrylate d'alkyle et d'acXtate de vinyle, les homopolymères d'acétate de vinyle. Pour une bonne mise en oeuvre de l'invention les compositions aqueuses contiennent en poids de 60 à 250 parties de liant pour 100 parties de pigment polymère et de 6 à' 25 parties de liant pour 100 parties de la totalité du pigment. Les compositions aqueuses objet de l'invention peuvent être préparées en mélangeant le pigment secondaire sous forme de latex avec le milieu aqueux contenant le liant, le ou les autres pigments et le cas échéant les autres ingrédients. Les compositions aqueuses objet de l'invention sont appliquées sur l'une au moins des surfaces du papier ou du carton par tous moyens connus tels que par exemple la lame d'air, la size-press, la coucheuse Champion, la coucheuse Masse, la racle traînante. Après couchage le papier ou le carton subit une opération de séchage suivie d'une opération de finissage telle que, par exemple, le calandrage, le brossage ou le surglaçage. On donne ci-après à titre illustratif et non limitatif plu sieurs exemples de réalisation de l'invention. EXEMPLES 1 A 6 On prépare des compositions aqueuses de couchage et applique sur un papier à l'aide d'une coucheuseilame d'air une couche d'égale épaisseur de ehacune desdites compositions. Le papier ainsi couché est séché dans un four tunnel à la température de 900C puis subit un calandrage consistant en 4 passages successifs entre deux cylindres sous une force de 50 kg/cm. Après séchage et calandrage le papier couché est conditionné à la température de 200C dans une atmosphère à 65 % d'humidité relative puis examiné au point de vue blancheur, brillance, opacité, résistance à l'arrachage sec ettésistance à l'arrachage humide, à l'aide des méthodes suivantes Blancheur. Elle est déterminée selon la norme AFNOR Q 03.039 intitulée "Détermination du degré de blancheur "ISO" des papiers et cartons". Brillance. Elle est déterminée à l'aide du réflectomètrenElectrosyn- thèse SP 64". Opacité. Elle est déterminée selon la norme AFNOR Q 03.006 intitulée "Mesure de ltopacité des papiers Résistance à l'arrachage sec. Elle est déterminée à l'aide de l'appareil IGT conçu par '8l'Institut von Grafische Technik" dans lequel on met en contact le papier ou le carton couché avec une molette encreuse dont on règle la pression sur le papier ou le carton à une valeur choisie et dont la vitesse croltjusqu'à ce qu'on observe un début d'arrachage de la couche enduite. La résistance à l'arrachage sec est déterminée par la valeur de la vitesse correspondant au début d'arrachage. On utilise l'encre "3804" à tirant gradué vendue par les Etablissements Lorilleux Lefranc. Résistance à l'arrachage humide. Elle est également déterminée à l'aide de l'appareil IGT mais l'encrage est effectué avec un échantillon de papier ou de carton couché sur lequel on a au préalable déposé un mince film d'eau. La résistance à l'arrachage humide est déterminée visuellement par comparaison avec d'autres échantillons. On utilise l'encre "3801" vendue par les Etablissements Lorilleux Lefranc. Les résultats sont exprimés par une note allant de O à 10, la note O correspondant à un papier présentant une très mauvaise résistance et la note 10 à un papier présentant une excellente résistance. Le tableau 1 ci-après indique les caractéristiques des latex à 50 % en poids de matière sèche de polymères synthétiques utilisés comme pigments. TABLEAU 1 : Nature du polymère : Taille des parti cules (microns) : Latex A : Polystyrène : 0,15 : Latex B : Polystyrène : 0,35 Latex C :Chlorure de polyvinyle: 0,15 Latex D : Polysulfones : 0,20 Le tableau 2 ci-après indique la nature et la teneur en poids des constituants solides des compositions de couchage correspondant à chacun des exemples ainsi que le poids de couche déposé. Les compositions de couchage sont amenées à un pH de 8,5 par addition d'ammoniaque. Elles sont ajustées de manière à contenir 60 % en poids de matière sèche et leur taux de liant est ajusté de manière à obtenir la même résistance à l'arrachage sec. Le poids de couhe déposé est tel que l'épaisseur de la couche est la même pour tous les exemples. TABLEAU 2 : EXEMPLE N . l 2 3 4 5 6 Kaolin : 100 : 90 : 80 : 80 : 80 : 80 : Pyrophosphate de sodium: 0,4 : 0,4 : 0,4 : 0,4 : 0,4 : 0,4 Latex de butadiène : : : : : : : styrène carboxylé : 14 : 16,8 : 19,6: 19,2 : 19,8 : 18 : Carboxyméthylcellulose : 1 : 1 : 1 : I : 1 : 1 : Latex A : - : lO : 20 : - : - : - : Latex B : - : - : - : - : - : 20 Latex C : - : - : - : 20 : - : Latex D : - : . : - : - : 20 : : Poids de couche(g/m2): 20 : 19 : 18 : 18,5 : 18 : 18 Le tableau 3 ci-après indique pour chaque exemple les pro priétés des papiers couchés. TABLEAU 3 . EXEMPLE N 1 2 3 4 5 6 Blancheur (%) 74,1 75,3 75 75,7 75,3 . 75 Brillance (%) 21 : 28 : 30 : 28 : 31 : 23 Opacité (%) : 89,1 : 89,6 : 89,1 89,4 : 89,3 89,1; I G T sec (cm/s) . 68 68 68 . 68 68 . 68 I fi T humide 4 : 6 : 7 : : 6 5 Les exemples 1 et 6 sont donnés à titre comparatif, les exemples 2, 3, 4 et 5 sont selon l'invention. On voit que les compositions aqueuses selon l'invention permettent d'obtenir des papiers couchés notablement plus brillants que ceux obtenus à l'aide des compositions témoins et dont les autres propriétés sont au moins équivalentes. I. Compositions aqueuses pour couchage de papiers et cartons fournissant un revêtement adhérent possédant une brillance particulièrement élevée et contenant en dispersion un pigment et un adhésif liant le pigment, 5 à 30S en poids dudit pigment étant constitués par un polymère synthétique formé de particules insolubles dans le liant et n'étant pas filmogènes dans les conditions d'applicaton et de finition du revêtement, caractérisées par le fait que lesdites particules ont des dimensions comprises entre 0,05 et 0,25 micron. 2. Compositions selon la revendication I, caractérisées par le fait que ledit polymère synthétique est un polymère à prédominance hydrocarbonée. 3. -Compositions selon la revendication I, caractérisées par le fait que ledit polymère synthétique est choisi dans le groupe formé par les polymères du styrène, les polymères du chlorure de vinyle et les polysulfones. 4. Compositios selon la revendication I, caractérisées par le fait qu'elles contiennent en poids de 60 à 250 parties de liant pour I00 parties de pigment polymère et de 6 à 25 parties de liant pour I00 parties de la totalité du pigment. 5. Procédé de couchage des papiers et cartons caractérisé par le fait que l'on applique sur l'une au moins des surfaces du papier ou du carton une couche d'une composition aqueuse selon la revendication I puis que l'on soumet le papier ou le carton à une opération de séchage suivie d'une opération de finissage telle que le calandrage, le brossage ou le surglaçage. 6. papiers et cartons couchés caractérisés par le fait qu'ils sont obtenus par le procédé selon la revendication 5. 7. Papiers et cartons caractérisés par le fait qu'ils sont couchés à l'aide des compositions selon la revendication I.