Brevet FR2489387A1 — publié le 19820305

Afin d'améliorer l'aspect de surface des papiers ou cartons et surtout leurs caractéristiques d'imprimabilité, le fabricant de papier procède fréquemment à l'opération dite de couchage. La technique consiste, au moyen d'un dispositif approprié, à déposer sur l'une ou les deux faces du papier ou carton une couche constituée d'un ou plusieurs pigments et d'un ou plusieurs liants ainsi qu'en moindre quantité, d'un certain nombre de produits auxiliaires. Parmi les pigments les plus utilisés dans le couchage du papier, on trouve très loin en tête le kaolin et le carbo- nate de calcium naturel ou précipité. Viennent ensuite, mais dans des proportions nettement inférieures, le blanc satin (sulfo-aluminate de calcium), le blanc fixe (sulfate de baryum), l'oxyde de titate, l'hydrate d'alumine, le sulfate de calcium dihydraté, le lithopone. Le bain de couche se présente comme une suspension aqueuse, d'une teneur en matières sèches comprise entre généra- lement 20 et 60 %, dans laquelle les pigments représentent 70 à 95 % des matières sèches, les liants de 4 à 28 % le reste étant constitué par les produits auxiliaires. Schématiquement on peut dire que le pigment de la couche conditionne plus spécialement les propriétés optiques et d'imprimabilité du papier, le liant servant à assurer l'adhé- sion des particules de pigment sur le papier et leur cohésion entre elles, tout en ayant une action prépondérante sur la rhéologie du bain de couche. Il est bien évident que la nature du pigment a des répercussions sur la liaison de la couche avec le support et que le liant agit aussi sur les propriétés d'im- primabilité des papiers et cartons couchés. On considérait jusqu'à présent qu'il n'était pas pos- sible d'incorporer au bain de couche des zéolithes en raison de l'épaississement qu'elles provoquaient. Or il a été trouvé contre toute attente, dans les services de la demanderesse, que cet inconvénient ne se mani- feste pas avec un certain type de zéolithe. La présente invention a donc pour objet l'utilisa- tion, pour la préparation des compositions de couchage, des zéolithes de formule générale: Na20, A1203, 2 SiO2, x H20 (I) dans laquelle x peut varier de 1 à 8, plus particulièrement de 4 à 5. Ces zéolithes utilisables comme pigments de couchage peuvent être incorporées au bain de couche en forte proportion (par exemple, jusqu'à 50 % du pigment) sans provoquer de per- turbation rhéologique. Leur présence entraîne une amélioration de certaines propriétés importantes des papiers et cartons couches. Lesexemples suivants donnés à titre non limitatif illustrent les avantages apportés par ces pigments. EXEMPLE 1 On utilise un silico-aluminate de sodium de formule (I) contenant 20 % d'eau et dont les caractéristiques moyennes s'établissent comme suit: Surface spécifique Granulométrie moyenne Blancheur (ELREPHO) Indice de réfraction Densité Perte au feu à 800 C Les particules sont de 900 - 1100 m2/g 2 à 4 p minimum 1,5 à 1,55 1,9 à 2,1 g/cm3 19 à 21 % forme légèrement cubique. On prépare la dispersion aqueuse suivante: Zéolithe Eau Hexamétaphosphate de Na Polyacrylate de Na : 65 parties en sec : 35 parties : 0,25 % en sec/zéolithe : 0,20 % en sec/zéolithe La dispersion dans l'eau se fait sous vigoureuse agitation comme pour tout autre pigment traditionnel. On obtient une suspension aqueuse à 65 % de M.S. environ et de viscosité 116 cps mesurée au viscosimètre BROOKFIELD à 50 t/mn. EXEMPLE 2 La zéolithe définie à l'exemple 1 est incorporée dans un bain de couche destinée à enduire un papier devant recevoir une impression offset. Un bain de référence ne conte- nant que du kaolin est préparé simultanément. Dans les bains suivants, on a substitué à 10, 20 et 30 parties de kaolin l'équivalent de zéolithe. Formule du bain de couche - Pigment (kaolin anglais et zéolithe): 100 Dispersant hexamétaphosphate de Na: 0,25 - polyacrylate de Na: 0,2 Amidon oxydé: 5 - Latex styrène-butadiène carboxylique: 8 - Résine mélanmine formol: 0,8 - Matières sèches: 62 % - L'amidon est éclaté dans l'eau à 95 C à 35 % c sèches. a) Viscosité des bains Les viscosités des quatre les résultats suivants: TABLEAU 1 VISCOSITE BROOKFIELD A parties partie partie parties parties parties en sec en sec en l'état de matières bains préparés ont donné t/mn (CDsI ,- ,,, Quantité Durée du stockage kaolin/zéolithe 0 2 H / 0 1160 1280 /10 1000 960 /20 580 540 /30 860 840 _., La présence de zéolithe a donc nettement tendance à faire baisser la viscosité du bain de couche. C'est un avantage non négligeable car cela peut se traduire par la possibilité d'augmenter la teneur en matières sèches des bains tout en conservant des viscosités acceptables. b) Propriétés des papiers couchés Les bains ont été appliqués à l'aide d'une baguette filetée sur un papier support de type AFNOR VII (100 % de pâte chimique blanchie). Les papiers couchés ont été séchés à l'air puis conditionnés 24 heures à 23 C et 50 % d'humidité relative. Ils ont ensuite été calandrés sur une super calandre à 4 pince- ments, à 80 C et sous une pression de 140 kg/cm linéaire. Les papiets ont ensuite été remis en salle conditionnée. 1 - Blancheur et opacité des _apiers La blancheur a été mesurée à l'appareil ELREPHO au filtre 8 (bande passante centrée sur 457 nm); l'opacité est l'opacité d'impression (fond papier) mesurée au filtre tris- timulus vert. TABLEAU II L'augmentation de la teneur en zéolithe provoque un accroissement de la blancheur. Ce résultat est en accord avec la haute blancheur intrinsèque du pigment. L'opacité est peu influencée par la zéolithe. QUANTITES KAOLIN/ZE0ITHE BLANCHEUR ER OPACITE % KAOLIN/ZBOLITHE / O 78 94,5 /10 79,1 94,4 /20 79,2 94,3 /30 79,4 94,1 2 - Brillant On a mesuré la réflexion spéculaire des papiers, à 45 d'incidence, à l'aide d'un brillancemètre. TABLEAU III La présence de zéolithe abaisse très sensiblement la brillance des papiers. Il peut en résulter un précieux avantage pour les papiers couchés mats. En effet, pour obtenir des couchés mats avec les pigments traditionnels kaolin et dans une moindre mesure CaCo3, il est nécessaire de pratiquer un calandrage très modéré des papiers. Il en résulte un état de surface moins bon des papiers couchés. Avec la zéolithe le papier peut donc être soumis à un calandrage vigoureux sans devenir trop brillant. 3 - Lissé Mesuré à l'appareil BEKK et exprimé en secondes. TABLEAU IV QUANTITE REFLEXION SPECULAIRE KAOLIN/ZEOLITHE A 45 / O 30,2 /10 23 /20 18,2 /30 15,4 QUANTITE LISSE BEKK KAOLIN/ZEOLITHE t en secondes / 0 1500 /10 930 /20 1780 /30 1630 La présence de la zéolithe favorise un haut lissé c'est-à-dire un bon état de surface des papiers. La perte de brillant observée plus haut n'est donc pas le fait d'une perte de lissé, ce qui peut être très favorable dans le cas des papiers couchés mats. 4 - Résistance à l'arrachage sec et humide La résistance à l'arrachage est mesurée à l'appareil I.G.T. sous une pression de 40 kg/cm2 à l'aide des encres àa tirant gradué des Etablissements LORILLEUX. Pour l'arrachage à sec, l'encre 3806 est utilisée (chute libre du pendule) . Les résultats sont exprimés en mm de longueur de couche non arrachée. Pour l'arrachage humide (évaluation de la tenue de couche en impression offset) la mesure est à vitesse de chute constante du pendule avec les encres 3801 à 3808. Les résultats sont exprimés selon des chiffres conventionnels; ils sont d'autant meilleurs que le chiffre est plus élevé. TABLEAU V Quantité Poids de Résistance à l'arra- Rsistance à l'arra- Kaolin/ couche ENCRE chage à sec chage humide zéolithe g/m2 Longueur non arra- chée en mm Valeur Encres d'arrachage /0 16,2 60 3801 10 90/10 15,6 87 11,6 3806 à /20 13,8 143 11,7 /30 15,6 156 3808 11,9 La résistance des papiers à l'arrachage à sec et humide augmente avec la quantité de zéolithe dans le bain de couche. Autrement dit, la demande en liant de la zéolithe est sensiblement inférieure à celle du kaolin, c'està-dire que dans une couche contenant de la zéolithe, pour obtenir une résistance à l'arrachage déterminée il faudra moins de liant que pour une couche semblable ne contenant que du kaolin. Il en résulte un avantage économique évident. - Test porométrique Il donne une indication globale de la perméabilité à l'encre des papiers. Les papiers couchés sont mis en contact avec l'encre porométrique pendant des intervalles de temps croissants. On mesure, à l'appareil ELREPHO, la réflectance résiduaire des taches d'encre sur le papier. Les résultats sont exprimés en % de perte de blancheur. TABLEAU VI La porosité globale avec la quantité de zéolithe. de la couche augmente légèrement 6 - Impression à la molette tramée Réalisé sur l'appareil I.G.T. ce test, qui donne une évaluation qualitative de la finesse d'impression, ne fait QUANTITL PERTE DE BLANCHEUR ELREPHO % KAOLIN/ZrOLITHE Temps de contact encre - papier KAOLIN/ZEOLITHE s 30 s 90 s 300 s 1o00/ 0 28,6 32,2 38,5 51,0 /10 29,0 31,1 38,7 49,2 /20 30,2 33,5 40,2 50,5 /30 31,6 34,2 40,8 59,9 apparaître aucune différence significative entre les papiers. Il confirme que la diminution du brillant au calandrage n'est pas due à un état de surface inférieur des papiers contenant la zéolithe. EXEMPLE 3 Bain de couche pour papier destiné à être imprimé en héliogravure et contenant un liant synthétique comme seul adhésif. - Pigment (kaolin anglais et zéolithe de l'exemple 1) - Dispersant: hexamétaphosphate de Na polyacrylate de Na - Latex acrylique - Stéarate d'ammonium - Carboxyméthyl cellulose - NaOH 400 g/l q.s.p. pH 9 - M.S. 62 % : 100 parties 0,25 " : 0,20 " : 8 parties en sec 1 partie en sec : 2 parties en sec a) Viscosité des bains : mesurée au à 50 t/mn viscosim&tre BROOKFIELD TABLEAU VII La présence de zéolithe fluidifie le bain d'o la possibilité d'augmenter les matières sèches des dispersions. QUANTITE DUREE DU STOCKAGE KAOLIN/ZEOLITHR O H 5 H O H 5 H / 0 1360 1040 /10 1120 980 /20 970 790 /30 880 710 b) Propriétés des papiers couchés Les formules de couche précédentes sont appliquées sur une coucheuse expérimentale à l'aide du dispositif dit à lame trainante, dans les conditions suivantes: Lame tramnante à réservoir Pression de la lame Température de séchage Vitesse machine Support AFNOR VII de Poids de couche déposée 4,2 kg/cm2 750C m/mn g/m2 il g/m2 Les papiers couchés sont conditionnés et calandrés comme dans l'exemple II. On trouvera rassemblé dans le nombre de caractéristiques mesurées sur tableau VIII un certain les papiers couchés. TABLEAU VIII On observe les mêmes tendances que dans l'exemple 2. La blancheur s'accroit avec la teneur en zéolithe, la brillance décroit, le lissé, c'est-à-dire l'état de surface, s'améliore et la résistance à l'arrachage augmente. QUANTITE BRIL- LISSE RESIST.A L'ARRACHAGEA KAOLIN/ BLAPNCHEUR LANCE BEKK SEC IGT:mm de long non ZEOLITHE A 450 EN s arrachée - encre 3802 / O 82 31 1100 91 /10 82,6 27 1190 115 /20 83,2 25 1270 150 /30 83,8 20 1340 170 L0 La zéolithe s'avère donc particulièrement adaptée pour obtenir des couches de haute blancheur, de brillance modérée ou mate après calandrage, présentant néanmoins un état de surface remarquable, tout en réduisant au minimum le taux d'adhésif à mettre en oeuvre ce qui rend son emploi particu- lièrement intéressant. EXEMPLE 4 La comparaison est effectuée dans une formule de couche contenant de la caséine comme liant naturel. Il s'agit d'une formule de couche pour impression offset ou typographique. Formule du bain de couche - Pigment (kaolin anglais et zéolithe: 100 parties en sec de l'exemple 1) - Dispersant: hexamétaphosphate de Na: 0, 25 partie en sec polyacrylate de Na: 0,2 partie en sec - Caséine: 8 parties en sec - Latex butadiène styrène: 10 parties en sec - Stéarate de calcium: 1 partie en sec - Antimousse: 0,5 partie en l'état - Matières sèches 40 55 La caséine est solubilisée à l'aide de soude et d'ammoniaque. Comme à l'exemple 3, 10, 20 et 30 parties de kaolin ont été remplacées par la zéolithe définie à l'exemple 1. Les bains sont couchés à l'aide d'une machine expéri- mentale, sur un support AFNOR VII de 70 g/m2, au moyen du procé- dé dit à lame d'air. Compte tenu de la faible viscosité de ces bains (80 cps au viscosimètre BROOIFIELD) l'influence de la zéolithe est peu importante à ce bas niveau de viscosité. Les autres propriétés des papiers couchés évoluent sensiblement de la même façon, en fonction du taux de zéolithe, qu'aux exemples 2 et 3. Ainsi on note une différence de blancheur de 1,7 points entre le bain tout kaolin et le bain à 30 parties de zéolithe (83,2 contre 85). La résistance à l'arrachage à sec est obtenue à l'encre à tirant gradué 3807 pour le bain tout kaolin et 3808 pour le bain à 30 parties de zéolithe. R E V E N D ICAT IONS 1. Compositions de couchage pour matériaux à base de fibres cellulosiques, caractérisées en ce qu'elles contiennent une zéolithe de formule générale: Na20, A1203, 2 SiO2, x H20 dans laquelle x peut varier de i à 8, plus particulièrement de 4 à 5. 2. Compositions telles que revendiquées sous 1, carac- térisées en ce que la zéolithe utilisée représente jusqu'à 50 % en poids de la totalité du pigment. 3. Utilisation des compositions telles que définies sous chacune des revendications 1 et 2, pour le couchage des papiers et cartons.