FI115653B

FI115653B - Process for making coated paper or cardboard

Info

Publication number: FI115653B
Application number: FI20030378A
Authority: FI
Inventors: Vilho Nissinen
Original assignee: Metso Paper Inc
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2005-06-15
Also published as: DE112004000415T5; FI20030378A; JP2006520263A; FI20030378A0; WO2004081285A1

Description

115653115653

Menetelmä päällystetyn paperin tai kartongin valmistamiseksi 5 Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä paperin tai kartongin valmistamiseksi spraypäällystysmenetelmällä, jet- eli suutinpäällystys-menetelmällä tai verhopäällystysmenetelmällä.The present invention relates to a process for the production of paper or paperboard by the spray coating process, the jet or nozzle coating process or the curtain coating process.

10 Paperin ja kartongin päällystyksessä käytetään useita erilaisia menetelmiä, joilla jokaisella on hyvät ja heikot puolensa. Spray-, jet- ja verhopäällystysmenetelmille on yhteistä se, että päällyste levitetään käsiteltävän rainan pintaan siten, että päällyste liikkuu vapaasti annostelu-15 laitteen syöttöaukon ja rainan pinnan väliin. Päällystettä ei siis mitenkään paineta kiinni pintaan, vaan se saa levitä vapaasti varsin pienen liikevoimansa vaikutuksesta.10 There are many different methods of coating paper and board, each with its strengths and weaknesses. Common to the spray, jet and curtain coating methods is that the coating is applied to the surface of the web to be treated so that the coating moves freely between the inlet of the dispensing device and the surface of the web. Thus, the coating is in no way pressed onto the surface, but is allowed to spread freely under the influence of a relatively small force of motion.

Koska päällysteen laadun kannalta pinnan tasaisuus ja päällysteen aukottomuus on tärkeää, päällysteen tulisi 20 levitä tasaisesti koko käsiteltävälle pinnalle. Tähän asti hyvään levittäytymiseen on pyritty säätämällä päällysteen • '>· viskositeettia ja kuiva-ainepitoisuutta, joilla onkin suuri j vaikutus päällystepisaran tai filmin käyttäytymiseen rainan : : pinnalla. Kuitenkin on havaittu, että kaikesta huolimatta ' : 25 joillakin päällysteseoksilla tai pohjapapereilla esiintyy päällysteen rosoisuutta ja pieniä aukkoja päällysteessä.Since surface uniformity and coating aperture are important for coating quality, the coating should be evenly distributed over the entire surface to be treated. Until now, good spreading has been achieved by adjusting the viscosity and dry matter content of the coating, which has a great effect on the behavior of the coating droplet or film on the web:: surface. However, it has been found that despite all of this: some coating compositions or base papers exhibit coating roughness and small openings in the coating.

Nämä aukot pilaavat painojäljen, koska niiden kautta ; painoväri pääsee imeytymään huokoiseen ja imukykyiseen pohjarainaan ja siten leviämään laajemmalle alueelle kuin 30 on tarkoitus. Painojäljestä tulee tällöin tuhruinen. Tämä ’Y.l' on erityisen vaikea ongelma spraypäällystyksessä, jossa yksittäisten pisaroiden tulisi levitä koskettamaan toisiaan : ·' riittävän yhtenäisen pinnan muodostamiseksi.These openings spoil the print, because through them; the ink can be absorbed into the porous and absorbent base web and thus spread over a wider area than intended. This will cause the print to become smudged. This' Y.1 'is a particularly difficult problem in spray coating where individual droplets should spread to touch each other: ·' to form a sufficiently uniform surface.

2 115653 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jonka avulla päällysteen levittäytymistä voidaan parantaa sellaisilla päällystysmenetelmillä, joissa päällyste 5 levitettäessä siirtyy vapaasti rainan pintaan. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on parantaa päällysteen laatua spraypäällystyksessä.2 115653 It is an object of the present invention to provide a method by which the coating application can be improved by coating methods in which the coating 5, when applied, moves freely to the surface of the web. In particular, it is an object of the invention to improve the quality of the coating in spray coating.

Keksintö perustuu siihen, että käsiteltävän pohjarainan ja 10 päällysteen pintaenergiat sovitetaan toisiinsa niin, että päällysteen pintaenergia on pienempi tai yhtä suuri kuin käsiteltävän pinnan tai siitä erotetun nestefaasin pintaenergia.The invention is based on matching the surface energies of the substrate to be treated and the coating 10 so that the surface energy of the coating is less than or equal to the surface energy of the surface to be treated or of the liquid phase separated from it.

15 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.More specifically, the method according to the invention is characterized in what is set forth in the characterizing part of claim 1.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.The invention provides considerable advantages.

20 ' Keksinnön avulla voidaan hallita entistä paremmin • · päällysteen käyttäytymistä käsiteltävällä pinnalla, joten ; valmistettavan tuotteen laadusta tulee parempi ja ennen * · kaikkea valmistuslaadun ennustettavuus paranee. Tällöin * ·’ 25 päällystereseptejä ja pohjapaperin laatua voidaan muunnella • · '··’ halutunlaisen tuotteen aikaansaamiseksi aikaisempaa helpommin, koska päällyste-pohjaraina-yhdistelmän • käyttäytyminen on aikaisempaa paremmin ennustettavissa.20 'The invention provides greater control over the behavior of the coating on the surface to be treated, so; the quality of the product being manufactured becomes better and, above all, · the predictability of the quality of manufacture is improved. In this case, * · '25 coating recipes and base paper quality can be modified to provide the desired product more easily than before because of the better predictability of the • coating-to-ribbon combination behavior.

I ·I ·

Siten koeajojen määrä uutta tuotetta kehitettäessä vähenee :’· : 30 tai vastaavasti tuotteen ominaisuuksia voidaan optimoida pitemmälle. Kun päällystepisarat saadaan muodostamaan • · · kalvo, jonka huokoskoko on riittävän pieni, eli niin pieni, » t ’<t’; että painovärin pigmenttihiukkaset eivät sitä läpäise, 3 115653 saadaan aikaiseksi painettavuudeltaan erinomaista pintaa. Jos lisäksi huokoset läpäisevät hyvin painovärin ohennetta tai liotinta, on painovärin asettuminen painopinnalle nopeaa ja painettavuus paranee edelleen.Thus, the number of test runs during the development of a new product is reduced: '·: 30 or the product properties can be further optimized. When the coating droplets are made to form a · · · film of sufficiently small pore size, i.e. so small, »t '<t'; that the pigment particles in the ink do not pass through it, 3 115653 produce an excellent printability. In addition, if the pores are well permeable to the ink thinner or solvent, the ink will settle quickly on the printing surface and improve printability.

55

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin suoritus-esimerkkien avulla.The invention will now be explained in more detail by way of exemplary embodiments.

Seuraavassa päällysteellä on käsitettävä varsinaisten 10 pigmenttipäällysteseosten lisäksi pintaliimaseoksia ja muita paperin ja kartongin päällystyksessä käytettäviä seoksia, jotka voidaan levittää vapaana ja tukemattomana suihkuna tai pisaroina rainan pintaan. Edelleen seuraavassa esimerkkinä käytetään paperirainaa, mutta on selvää, että 15 sama keksinnön periaate on sovellettavissa myös kartonkiin.In the following, the coating must comprise, in addition to the actual pigment coating compositions 10, surface adhesive compositions and other compositions used for coating paper and board, which may be applied in the form of free and unsupported jets or droplets on the web surface. In the following, a paper web is used as an example, but it is clear that the same principle of the invention is applicable to paperboard.

Keksinnön lähtökohta on se, että jos pohjapaperin ja päällysteen pintaenergiat eivät sovi toisiinsa, paperin pinnalle ei muodostu yhtenäistä nestefilmiä, vaan päällyste 20 asettuu pisaroiksi kuten vesi auton vahatulle konepellille.The starting point of the invention is that if the surface energies of the base paper and the coating do not match, no uniform liquid film is formed on the surface of the paper, but the coating 20 settles into droplets like water on a waxed bonnet of a car.

: Tällöin päällystekerroksesta tulee rakeinen eikä paperia voida käyttää painoalustana, koska rakeinen pinnoite pilaa : · painojäljen. Päällysteestä muodostuu pisaroita silloin, kun päällysteen pintaenergia on suurempi kuin alustan, jolle se » » % 25 asettuu, eli tässä tapauksessa paperin pinnan pintaenergia.: In this case, the coating layer becomes granular and the paper cannot be used as a printing medium because the granular coating will ruin: · the print. The coating forms droplets when the surface energy of the coating is greater than that of the substrate on which it is deposited, i.e., the surface energy of the paper.

• I• I

I t >I t>

Pintaenergia voidaan määrittää alustan ja sille sijoitetun • ainepisaran välisen kontaktikulman avulla. Tätä varten • ti · toimittaa mittalaitteita esimerkiksi FIBRO system ab, 30 Ruotsi. Tyypillisesti mittausmenetelmässä pudotetaan pieni « < * '.'i.' pisara mitattavaa nestettä tai seosta käsiteltävälle t % • » T pinnalle ja pisaran käyttäytyminen pinnalla kuvataan.Surface energy can be determined by the contact angle between • the substrate and the droplet of matter placed on it. For this purpose, • ti · supplies measuring equipment eg FIBRO system ab, 30 Sweden. Typically, the measurement method drops a small «<* '.'i.' a drop of liquid or mixture to be measured on the t% • »T surface to be treated and the behavior of the drop on the surface is described.

* I* I

: ’· Kuvasta voidaan sitten mitata pinnan ja pisaran välinen * » 4 115653 kontaktikulma, pisaran tilavuus ja pohjan läpimitta ajan funktiona. Tästä voidaan laskea näiden mittaustulosten keskiarvo ja varianssi tavalliseen tapaan. Koska kontaktikulman määräävät pisaran ja pinnan pintaenergiat, 5 pintaenergiat voidaan laskea mitatuista arvoista. Tässä hakemuksessa esitetyt pintaenergian lukuarvot ovat mittauksen keskiarvoja. Pintaenergian arvo päällysteelle määritetään joko päällysteestä sellaisenaan tai päällysteestä erotetaan nestefaasi ja pintaenergia 10 määritetään tälle faasille.: '· The image can then measure the contact angle between the surface and the droplet »4 115653, the droplet volume and the bottom diameter as a function of time. From this the average and the variance of these measurements can be calculated as usual. Since the contact angle is determined by the surface energies of the droplet and the surface, the surface energies can be calculated from the measured values. The numerical values of the surface energy presented in this application are averages of measurement. The value of the surface energy for the coating is determined either from the coating as such or the liquid phase is separated from the coating and the surface energy 10 is determined for this phase.

Päällysteen pintaenergia voi olla luokkaa < 30 nN/m ja tyypillisen keksinnön mukaisessa sovelluksessa käytettävän pohjapaperin pinnan 35 - 45 nN/m. Pintaenergia-arvojen ero 15 on siten suurempi kuin 5 nN/m. Kun päällysteen ja pohjapaperin välinen pintaenergia-arvojen ero pidetään vähintään tämän suuruisena, saadaan keksinnön mukaan hyvä päällysteen leviäminen pinnalle ja hyvä päällysteen pinnan laatu. Maksimissaan päällysteen pintaenergian tulee olla 20 korkeintaan yhtä suuri kuin käsiteltävän pohjapaperin pintaenergia. Mikäli päällysteen pintaenergia on suurempi kuin pohjapaperin, päällyste pisaroituu ja pinnan laadusta : tulee huono.The surface energy of the coating may be in the range of <30 nN / m and the surface of a typical base paper used in the embodiment of the invention will be 35 to 45 nN / m. The difference in surface energy values 15 is thus greater than 5 nN / m. By maintaining a difference in surface energy values between the coating and the base paper of at least this amount, the invention provides good coverage of the coating and good surface quality of the coating. At most, the surface energy of the coating should be at most 20 equal to the surface energy of the base paper being treated. If the surface energy of the coating is higher than that of the base paper, the coating will drop and the surface quality will be poor.

; : 25 Päällysteen ja pohjapaperin pintaenergioihin voidaan vaikuttaa monella tavalla. Päällysteseoksen pintaenergiaan voidaan vaikuttaa pinta-aktiivisilla lisäaineilla, jotka * /; alentavat päällysteseoksen pintaenergiaa ja edistävät siten pisaroiden tai päällystekalvon leviämistä pohjapaperin 30 pinnalle. Tällaisia aineita ovat esimerkiksi natrium-layryl-sulfaatti ja erilaiset alkoholi johdannaiset.; : 25 The surface energies of the coating and base paper can be affected in many ways. The surface energy of the coating composition can be affected by surfactant additives which * /; reduce the surface energy of the coating composition and thereby promote the spreading of droplets or coating film on the surface of the base paper 30. Such substances include, for example, sodium layryl sulfate and various alcohol derivatives.

I II I

t » '1' Pohjapaperin pintaenergian muuttaminen on kuitenkin usein i · : '· helpompaa ja siihen on useampia mahdollisuuksia.t »'1' However, changing the surface energy of a base paper is often i ·: '· easier and has more possibilities.

I » 5 115653I »5 115653

Pohjapaperin pintaenergiaa voidaan säädellä kemiallisesti erilaisilla polymeereillä, liimoilla ja hartseilla. Käsittelyaineista mainittakoon tärkkelys, AKD ja ASA. Pintaenergiaa voidaan muuttaa myös sähköisesti vaikka 5 koronakäsittelyllä tai mekaanisesti hankaamalla esimerkiksi pyörivillä harjoilla. Mekaanisella käsittelyllä voidaan muodostaa pohjapaperin pintaan sähkövaraus tai muuttaa pinnan fyysistä rakennetta.The surface energy of the base paper can be controlled chemically by various polymers, adhesives and resins. Among the processing agents, starch, AKD and ASA are mentioned. Surface energy can also be changed electrically, for example by corona treatment or mechanically by rubbing, for example, with rotating brushes. By mechanical treatment, the surface of the base paper may be electrically charged or the physical structure of the surface modified.

’ »'»

» I»I

I II I

• » * f 1 t t » « # *• »* f 1 t t» «# *

* I* I

• 1 I I * t » • ) I I f I » I 1 I t » » # i i >1111• 1 I I * t »•) I I f I» I 1 I t »» # i i> 1111

Claims

1. Förfarande för utbredning av bestrykningsmedel pä ytan av en rörlig pappers- eller kartongbana, vid vilket förfarande bestrykningsmedlet mätäs pä banan pä sä sätt, 5 att det rör sig fritt mellan banans yta och inmatnings-öppningen, kännetecknat av att ytenergierna hos banan och bestrykningssmeten anpassas pä sä sätt, att ytenergin hos bestrykningssmeten eller hos en frän densamma separerad vätskefas är högst lika hög som ytenergin hos den bana som 10 skall behandlas, där energin bestämts medelst en dynamisk kontaktvinkelmätning.A method of spreading coating on the surface of a moving paper or cardboard web, in which method the coating agent is measured on the web in such a way that it moves freely between the surface of the web and the feed opening, characterized in that the surface energies of the web and the coating smear is adapted in such a way that the surface energy of the coating smear or of a liquid phase separated from it is at most as high as the surface energy of the web to be treated, where the energy is determined by a dynamic contact angle measurement.

2. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat av att som ytenergivärden används medelvärden, som erhällits pä basis av den dynamiska mätningen. 15Method according to Claim 1, characterized in that, as surface energy values, averages obtained on the basis of the dynamic measurement are used. 15

3. Förfarande i enlighet med patentkrav 1 eller 2, kanne- tecknat av att skillnaden mellan ytenergivärdena hos ·.. bestrykningssmeten och banan anpassas tili ätminstone 5 ’: mN/m. ‘ ·3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the difference between the surface energy values of the coating coating and the web is adapted to at least 5 ': mN / m. '·

4. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patent-20 kraven, kännetecknat av att ytenergin hos banan, som skall behandlas, modifieras medelst ätminstone ett kemiskt be-: handlingsmedel. • » # > | * t tMethod according to any of the preceding claims, characterized in that the surface energy of the web to be treated is modified by at least one chemical treatment agent. • »#> | * t t

: 5. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patent- * 4 I • · ,1··. kraven, kännetecknat av att ytenergin hos banan, som skall • . 25 behandlas, modifieras medelst ätminstone ett mekaniskt be- * f · ! » handlingsförfarande. 115653: 5. Method according to some of the preceding patents. the requirements, characterized in that the surface energy of the web, which must •. Treatment is modified by means of at least one mechanical condition. »Action procedure. 115653

6. Förfarande i enlighet med nagot av de föregäende patent-kraven, kannetecknat av att ytenergin hos banan, som skall behandlas, modifieras medelst ätminstone ett elektriskt be-handlingsförfarande. 5A method according to any of the preceding claims, characterized in that the surface energy of the web to be treated is modified by at least one electrical treatment method. 5

7. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patent- kraven, kännetecknat av att ytenergin hos bestryknings-smeten modifieras kemiskt medelst ätminstone ett ytaktivt ämne. 10 ♦ ♦ ♦ · » · * · 1 t · > I » »Process according to any of the preceding claims, characterized in that the surface energy of the coating batter is chemically modified by at least one surfactant. 10 ♦ ♦ ♦ · »· * · 1 t ·> I» »