SE502675C2

SE502675C2 - Process for treating cellulose material for use as wrapping and packaging material, coated cellulose material and use of the material

Info

Publication number: SE502675C2
Application number: SE9301833A
Authority: SE
Inventors: Kilian Kleinhenz
Original assignee: Klippans Finpappersbruk Ab
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1995-12-04
Also published as: SE9301833D0; FI955719A7; NO954821L; SE9301833L; DE69413536T2; AU6939994A; FI955719A0; ATE171493T1; DE69413536D1; EP0702737B1; FI955719L; EP0702737A1; NO954821D0; WO1994028243A1

Abstract

The invention relates to a process for the treatment of a cellulosic material wherein said material is coated with a coating agent comprising: a) poly(vinyl alcohol); b) a non-spherical particulate filler; and c) a cross-linking agent, the weight percentages being 30-70 % of a), 70-30 % of b) and at most 7 % of c), and subjecting the coated material to a curing operation so as to form a cross-linked barrier layer onto said cellulosic material. The invention also relates to a coated material obtained by means of said coating agent as well as to the coating agent per se and the use of the coated material as a waste paper for direct recycling to a pulper.

Description

502 10 15 20 25 30 35 675 2 I och med att förordningar eller lagar tillkommer ip syfte att bevara eller spara våra naturresurser, varvid man speciellt tar sikte pà att recirkulera papper och lik- nande material, är emellertid polyeten-strängsprutat pap- per långt ifrån något idealiskt material. Polyeten-sträng- sprutat papper kan sålunda göras recirkulerbart endast efter besvärliga samt tids- och kostnadskrävande silnings- processer. En direkt recirkulation av nämnda omslagsmate- rial är sålunda omöjlig, eftersom användningen av detta vid en papperstillverkningsprocess oundvikligen ger en bristfällig papperskvalitet, eller också kan ifrågavarande användning till och med ge upphov till driftsavbrott. 502 10 15 20 25 30 35 675 2 As regulations or laws are being introduced to preserve or save our natural resources, with a particular focus on recycling paper and similar materials, polyethylene-extruded paper is far from an ideal material. Polyethylene-extruded paper can thus only be made recyclable after difficult, time-consuming and costly screening processes. Direct recycling of the said wrapping material is therefore impossible, since its use in a paper manufacturing process inevitably results in poor paper quality, or the use in question may even lead to operational interruptions.

På senare tid har därför nya omslagsmaterial före- slagits, men hittils har inget verkligt alternativ till polyetenbelagt eller -strängsprutat papper funnits på marknaden, varvid huvudanledningarna är att nya processer för framställning av vattenångimpermeabelt papper är komp- lexa, tidskrävande och/eller kostnadskrävande eller att det inte har varit möjligt att uppnå en tillfredsställande balans mellan vattenångpermeabilitetskaraktäristika och recirkulationsbarhetsegenskaper.Recently, new wrapping materials have therefore been proposed, but so far no real alternative to polyethylene-coated or extruded paper has been available on the market, the main reasons being that new processes for producing water vapour impermeable paper are complex, time-consuming and/or costly or that it has not been possible to achieve a satisfactory balance between water vapour permeability characteristics and recyclability properties.

Såsom kommer att beskrivas nedan, är föreliggande uppfinning baserad på användning av ett polyvinylalkohol- baserat material som beläggning på papper trots det faktum att polyvinylalkohol är känd för att vara ett vattenkäns- ligt material. även om polyvinylalkohol har föreslagits för användning i I detta sammanhang torde det noteras att, samband med beläggningar av ovannämnda typ, denna polyvi- nylalkohol har använts enbart som primer- eller grundar- beläggning eller liknande, under det att de erforderliga vattenàngbarriäregenskaperna har àstadkommits med hjälp av ytterligare beläggningsmaterial avsatta ovanpå ifrågava- rande polyvinylalkohol. Som tidigare känd teknik avseende polyvinylalkohol som enbart minoritetsbestàndsdel i yt- beläggningsmaterial för pappersmaterial inom detta teknis- ka omráde kan hänvisning göras till EP Al 393 451 och EP A1 487 497. 10 15 20 25 30 35 502 675 Beskrivning av uppfinningen Genom föreliggande uppfinning har det överraskande blivit möjligt att utnyttja en polyvinylalkoholbaserad komposition som ytbeläggning för papper och liknande ma- terial för erhållande av ett omslagsmaterial av ovan an- given typ, vilket omslag har en unik kombination av vat- tenångbarriär- och recirkulationsbarhetsegenskaper. Trots det faktum att polyvinylalkohol i sig är en vattenkänslig substans, har sålunda papperet behandlat med nämnda poly- vinylalkholbeläggningskomposition gjorts fuktångimpermea- belt i sådan omfattning att det kan konkurrera med poly- etenbelagt papper vad beträffar vattenångpermeabilitet, samtidigt som det kan recirkuleras till en konventionell uppslagare i en papperstillverkningsanläggning för direkt användning däri. Detta är utan tvekan överraskande, efter- som dessa båda egenskaper är motstridiga.As will be described below, the present invention is based on the use of a polyvinyl alcohol-based material as a coating on paper despite the fact that polyvinyl alcohol is known to be a water-sensitive material. Although polyvinyl alcohol has been proposed for use in the above-mentioned type of coatings, it should be noted that, in connection with the above-mentioned type of coatings, this polyvinyl alcohol has been used only as a primer or foundation coating or the like, while the required water vapor barrier properties have been achieved by means of additional coating materials deposited on top of said polyvinyl alcohol. As prior art regarding polyvinyl alcohol as only a minority component in surface coating materials for paper materials in this technical field, reference can be made to EP A1 393 451 and EP A1 487 497. 10 15 20 25 30 35 502 675 Description of the invention By means of the present invention it has surprisingly become possible to utilize a polyvinyl alcohol-based composition as a surface coating for paper and similar materials to obtain a wrapping material of the above-mentioned type, which wrapping has a unique combination of water vapor barrier and recyclability properties. Thus, despite the fact that polyvinyl alcohol itself is a water-sensitive substance, the paper treated with said polyvinyl alcohol coating composition has been rendered moisture vapor impermeable to such an extent that it can compete with polyethylene-coated paper in terms of water vapor permeability, while at the same time being able to be recycled to a conventional pulper in a papermaking plant for direct use therein. This is undoubtedly surprising, since these two properties are contradictory.

Mera konkret gäller att det enligt en första aspekt av uppfinningen tillhandahålles ett nytt förfarande för behandling av ett cellulosamaterial, till exempel ett ma- terial valt ur gruppen bestående av papper, papp, kartong och liknande material, i syfte att bibringa detta vatten- ång- och arombarriäregenskaper samtidigt som dess återupp- slagningsegenskaper bibehàlles, vilket möjliggör direkt recirkulation till en uppslagare i en pappers-, papp- eller kartongproduktionsanläggning eller -linje, varvid förfarandet utmärkes av att man: A) belägger nämnda material, på den ena sidan eller båda sidorna, med ett beläggningsmedel, företrädesvis i form av en vattenbaserad uppslamning, innefattande a) 30-70 viktprocent polyvinylalkohol b) 70-30 viktprocent av ett icke-sfäriskt partikel- formigt fyllmedel, som företrädesvis har ett utbredningsförhållande ("aspect ratiof), dvs ett förhållande medelpartikeldiameter till tjocklek, av minst 2:1 och c) högst 7 viktprocent av åtminstone ett tvärbind- 502 10 15 20 25 30 35 675 4 ningsmedel valt bland ammonium-zirkoniumkarbonat, borax och borsyra, varvid procentandelarna är beräknade som fastämneshalter räknat på den sam- manlagda vikten av a) + b), och B) utsätter det belagda materialet för en torknings- och härdningsoperation vid högst 105°C så att det bildas ett tvärbundet barriärskikt på nämnda material, varvid ifrågavarande barriärskikt är det enda eller huvudsakliga vattenång- och arombarriärbildande skiktet på cellulosa- materialet.More specifically, according to a first aspect of the invention, there is provided a novel method for treating a cellulosic material, for example a material selected from the group consisting of paper, cardboard, paperboard and similar materials, in order to impart water-vapour and aroma barrier properties to it while maintaining its repulpability properties, which enables direct recirculation to a pulper in a paper, cardboard or paperboard production plant or line, the method being characterized in that: A) coating said material, on one or both sides, with a coating agent, preferably in the form of an aqueous slurry, comprising a) 30-70% by weight of polyvinyl alcohol b) 70-30% by weight of a non-spherical particulate filler, which preferably has an aspect ratio, i.e. a ratio of average particle diameter to thickness, of at least 2:1 and c) not more than 7% by weight of at least one crosslinking agent. 10 15 20 25 30 35 675 4 a coating agent selected from ammonium zirconium carbonate, borax and boric acid, the percentages being calculated as solids content based on the combined weight of a) + b), and B) subjecting the coated material to a drying and curing operation at a maximum of 105°C so that a crosslinked barrier layer is formed on said material, said barrier layer being the sole or main water vapour and aroma barrier forming layer on the cellulose material.

Genom användning av polyvinylalkoholen i en procent- andel av åtminstone 30 viktprocent, det icke-sfäriska fyllmedlet i en procentandel av åtminstone 30 viktprocent och tvärbindningsmedlet i en procentandel av högst 7 viktprocent och genom härdning av det belagda materialet för tvärbindning av ifrågavarande polyvinylalkohol, van- ligtvis vid moderat temperatur, erhålles sålunda ett be- lagt material, där nämnda beläggningsmedel är det enda eller huvudsakliga vattenångbarriärbildande medlet, och där utomordentliga vattenångbarriäregenskaper ändock uppnås. Dessutom är det nya barriärförsedda materialet direkt återuppslagbart utan att man behöver tillgripa någon annan utrustning än de konventionella uppslagare som är allmänt förekommande inom pappers- eller pappindustrin.By using the polyvinyl alcohol in a percentage of at least 30% by weight, the non-spherical filler in a percentage of at least 30% by weight and the crosslinking agent in a percentage of not more than 7% by weight and by curing the coated material to crosslink said polyvinyl alcohol, usually at moderate temperature, a coated material is thus obtained, in which said coating agent is the sole or main water vapor barrier forming agent, and in which excellent water vapor barrier properties are nevertheless achieved. In addition, the new barrier-equipped material is directly re-openable without having to resort to any equipment other than the conventional openers commonly found in the paper or cardboard industry.

Det cellulosabasmaterial som skall barriärbeläggas i enlighet med föreliggande uppfinning kan vara vilken som helst typ av material som är lämpligt som omslags- eller förpackningsmaterial. Exempelvis kan det vara vilken som helst typ av blekt eller oblekt kraft- eller sulfitpapper som har raffinerats på ett sådant sätt att det har erhål- lit hög drag-, Vad beträffar huvudbeståndsdelarna för beläggnings- medlet, dvs beståndsdelarna a), b) och c), kan följande detaljer ges.The cellulosic base material to be barrier coated in accordance with the present invention may be any type of material suitable as a wrapping or packaging material. For example, it may be any type of bleached or unbleached kraft or sulphite paper which has been refined in such a way as to obtain high tensile strength. As regards the main ingredients of the coating agent, i.e. ingredients a), b) and c), the following details may be given.

Polyvinylalkoholen kan allmänt sett väljas bland sådana kvaliteter som är lämpliga för beläggningsändamål.The polyvinyl alcohol can generally be selected from grades suitable for coating purposes.

Vidare bör den vara starkt hydrolyserad, eller höghydroly- riv- och sprängstyrka. 10 15 20 25 30 35 502 675 5 serad, och ha làg till medelhög molekylvikt. Företrädesvis innebär detta en hydrolysgrad inom området 95-100%, ännu" hellre 97-100%, till exempel 98% eller runt 98%, uttryckt som molprocent. Molekylvikten eller -massan ligger företrädesvis inom omràdet 16 000-200 000, ännu hellre 16 000-75 000, allra helst 16 000-47 000, g/mol, varvid molekylvikterna är bestämda enligt GPC (Gelpermeation- kromatografi)-metoden.Furthermore, it should be highly hydrolyzed, or highly hydrolyzed, and have a low to medium molecular weight. This preferably means a degree of hydrolysis in the range of 95-100%, more preferably 97-100%, for example 98% or around 98%, expressed as mole percent. The molecular weight or mass is preferably in the range of 16,000-200,000, more preferably 16,000-75,000, most preferably 16,000-47,000, g/mol, the molecular weights being determined according to the GPC (Gel Permeation Chromatography) method.

En molekylvikt pà högst 47 000 är föredragen, exem- pelvis av den anledningen att den gör det möjligt att upp- ná làg viskostet för beläggningsmedlet (till exempel under 5 000 cps/Brookfield, 100 rpm), vilket i sin tur gör det möjligt att genomföra beläggningsförfarandet med stor pre- cision. \ Det är också möjligt att blanda tvà eller flera poly- vinylalkoholer med varandra, sàsom en med en molekylvikt nära den undre gränsen (till exempel 16 000-30 000) och en annan med en molekylvikt närmare den övre gränsen (till exempel 130 000-200 000), till exempel i ett förhållande av frán 8:2 till 6:4, beroende pà den önskade viskositeten för beläggningsmedlet. Ett konkret exempel pà en före- dragen utföringsform i detta avseende är en polyvinylalko- hol med en molekylvikt av cirka 16 000 och en hydrolysgrad av cirka 98% och en annan med en molekylvikt pà ca 145 000 och en hydrolysgrad av cirka 99%. Även om vanligtvis en homopolymer av vinylalkohol om- talas, utesluter uppfinningen ej möjligheten att sampoly- merisera ifrågavarande vinylalkohol med en mindre mängd av vilken som helst monomer som är sampolymeriserbar därmed utan att väsentligt förändra de fördelaktiga barriäregen- skaper som eftersträvas.A molecular weight of not more than 47,000 is preferred, for example, for the reason that it makes it possible to obtain a low viscosity of the coating agent (for example below 5,000 cps/Brookfield, 100 rpm), which in turn makes it possible to carry out the coating process with great precision. It is also possible to mix two or more polyvinyl alcohols with each other, such as one with a molecular weight close to the lower limit (for example 16,000-30,000) and another with a molecular weight closer to the upper limit (for example 130,000-200,000), for example in a ratio of from 8:2 to 6:4, depending on the desired viscosity of the coating agent. A concrete example of a preferred embodiment in this regard is a polyvinyl alcohol with a molecular weight of about 16,000 and a degree of hydrolysis of about 98% and another with a molecular weight of about 145,000 and a degree of hydrolysis of about 99%. Although a homopolymer of vinyl alcohol is usually mentioned, the invention does not exclude the possibility of copolymerizing the vinyl alcohol in question with a minor amount of any monomer copolymerizable therewith without significantly altering the advantageous barrier properties sought.

Uttrycket "huvudsakligt vattenáng- och arombarriär- bildande medel" i samband med beläggningsmedlet innebär att nämnda polyvinylalkoholbaserade beläggningsmedel representerar mera än 50 viktprocent, företrädesvis mera än 75 viktprocent och allra helst mera än 85 viktprocent, av totalvikten av de beläggningsmaterial som användes för 502 10 15 20 25 30 35 675 6 att täcka eller belägga cellulosamaterialet.The term "mainly water vapor and aroma barrier forming agent" in connection with the coating agent means that said polyvinyl alcohol-based coating agent represents more than 50% by weight, preferably more than 75% by weight and most preferably more than 85% by weight, of the total weight of the coating materials used to cover or coat the cellulosic material.

Det partikelformiga fyllmedlet för polyvinylalkoholen kan vara av vilken som helst typ eller slag som vanligtvis användes i samband med polyvinylalkohol eller något annat partikelformigt fyllmedel som normalt användes för pig- mentbeläggning. Ett viktigt särdrag för det enligt före- liggande uppfinning använda fyllmedlet är emellertid att det är icke-sfäriskt, dvs det måste vara långsträckt, platt, flingformigt eller liknande, eftersom det tycks som om ett visst slags inbördes överlappningsarrangemang hos fyllmedlet krävs för att den erforderliga fuktångtransmis- sionshastigheten eller -graden skall uppnås. Med andra ord bör utbredningsförhållandet, som definieras som förhållan- det medelpartikeldiameter till tjocklek hos fyllmedlet, företrädesvis vara åtminstone 2:1. Den övre gränsen för ifrågavarande utbredningsförhållande torde ej vara kritisk för uppfinningen, men vanligtvis gäller att ifrågavarande förhållande ligger inom området 2:1-300:l. Enligt en före- dragen utföringsform av uppfinningen är ifrågavarande för- hållande 3:1-300:l, ännu hellre 5:1-300:l och allra helst 5:1-200:l.The particulate filler for the polyvinyl alcohol may be of any type or kind commonly used in connection with polyvinyl alcohol or any other particulate filler normally used for pigment coating. An important feature of the filler used in the present invention, however, is that it is non-spherical, i.e., it must be elongated, flat, flake-shaped or the like, since it appears that some kind of overlapping arrangement of the filler is required to achieve the required moisture vapor transmission rate or degree. In other words, the spread ratio, which is defined as the ratio of the average particle diameter to the thickness of the filler, should preferably be at least 2:1. The upper limit of the spread ratio in question is not believed to be critical to the invention, but usually the ratio in question lies in the range of 2:1-300:1. According to a preferred embodiment of the invention, the ratio in question is 3:1-300:1, more preferably 5:1-300:1 and most preferably 5:1-200:1.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är fyllmedlet ett mineralpigment, varvid speciellt föredragna pigment är kaolin, talk, krita och marmor (CaCO3), de båda sistnämnda i kemiskt utfälld form (såsom utfällt CaCO3).According to a preferred embodiment of the invention, the filler is a mineral pigment, with particularly preferred pigments being kaolin, talc, chalk and marble (CaCO3), the latter two in chemically precipitated form (such as precipitated CaCO3).

Vad beträffar tvärbindningsmedlet c) bör det noteras, att uttrycket tvärbindningsmedel användes i vid betydelse i samband med föreliggande uppfinning. Sålunda innefattar det såväl ett medel som kan skapa kovalenta bindningar mellan de linjära kedjorna av polyvinylalkoholen till bildning av en nätverksstruktur som ett medel som kan skapa ett sådant nätverk medelst joniska bindningar.As regards the crosslinking agent c), it should be noted that the term crosslinking agent is used in a broad sense in the context of the present invention. Thus, it includes both an agent capable of creating covalent bonds between the linear chains of the polyvinyl alcohol to form a network structure and an agent capable of creating such a network by means of ionic bonds.

Ifrågavarande nätverksbildning kan sålunda också benämnas gelning eller liknande.The network formation in question can thus also be referred to as gelation or the like.

Ammonium-zirkoniumkarbonat är ett tvärbindningsmedel ur den första gruppen, som skapar kovalenta bindningar, och kan betraktas som ett termiskt tvärbindningsmedel, 10 15 20 25 30 35 502 675 7 vilket ej reagerar i någon större utsträckning förrän tem- peraturen höjes över rumstemperatur. ' Den andra typen av tvärbindningsmedel är sålunda ett medel valt ur gruppen bestående av saltbildande substanser eller substanser bildande joniska bindningar, vilka immo- biliserar eller gelar polyvinylalkoholbeläggningsmedlet.Ammonium zirconium carbonate is a crosslinking agent from the first group, which creates covalent bonds, and can be considered as a thermal crosslinking agent, 10 15 20 25 30 35 502 675 7 which does not react to any significant extent until the temperature is raised above room temperature. ' The second type of crosslinking agent is thus an agent selected from the group consisting of salt-forming substances or substances forming ionic bonds, which immobilize or gel the polyvinyl alcohol coating agent.

Ett föredraget exempel på denna typ av tvärbindnings- medel är borax, till exempel i form av en utspädd vatten- baserad lösning (typiskt en 4%-ig lösning). Ett annat medel av nämnda andra typ är borsyra (en typisk syra är en 1%-ig vattenlösning därav), men för ifrågavarande medel är det vanligtvis nödvändigt att justera pH-värdet för be- läggningsmedlet till alkaliskt eller basiskt värde, till exempel åtminstone pH8, innan härdningssteget B) utföres, för initiering av härdnings- eller gelningsreaktionen. En sådan pH-justering kan exempelvis göras genom tillsats av en bas, såsom Na2HPO4, eller genom användning av en buf- fert eller ett syra-bassystem med en flyktig syra, såsom ättiksyra, vilken avdrives innan steg B) slutföres.A preferred example of this type of crosslinking agent is borax, for example in the form of a dilute aqueous solution (typically a 4% solution). Another agent of said second type is boric acid (a typical acid is a 1% aqueous solution thereof), but for the agent in question it is usually necessary to adjust the pH of the coating agent to an alkaline or basic value, for example at least pH8, before the curing step B) is carried out, in order to initiate the curing or gelling reaction. Such pH adjustment can be done, for example, by adding a base, such as Na2HPO4, or by using a buffer or an acid-base system with a volatile acid, such as acetic acid, which is evaporated before completing step B).

En kombination av de båda typerna av tvärbindningsme- del är naturligtvis också möjlig.A combination of both types of crosslinking agent is of course also possible.

Såsom har beskrivits ovan är den inbördes sammansätt- ningen för beläggningsmedlets innehåll av polyvinylalkohol och fyllmedel väsentlig för uppfinningen, vilket innebär att ifrågavarande beståndsdelar a) och b) är närvarande i ett viktförhållande av från 3:7 till 7:3. En mera föredra- gen sammansättning vad beträffar dessa båda beståndsdelar är då a) är närvarande i 40-60, i synnerhet 42-58, vikt- procent och b) är närvarande i 60-40, i synnerhet 58-42, viktprocent, räknat på det ovan definierade sättet, dvs som fastämneshalt baserat på den sammanlagda vikten av a) + b).As described above, the mutual composition of the content of polyvinyl alcohol and filler in the coating agent is essential to the invention, which means that the components a) and b) in question are present in a weight ratio of from 3:7 to 7:3. A more preferred composition with regard to these two components is when a) is present in 40-60, in particular 42-58, weight percent and b) is present in 60-40, in particular 58-42, weight percent, calculated in the above-defined manner, i.e. as solids content based on the total weight of a) + b).

Tvärbindningsmedlet c) är, såsom omtalades ovan, när- varande i en mängd av ej mera än 7 viktprocent, vilken mängd också är baserad på fastämneshalten och räknad på den sammanlagda vikten av a) + b). På samma basis ligger procentandelen av c) vanligtvis inom området 0,2-7%, före- 502 675 10 15 20 25 30 35 8 trädesvis 0,5-6 viktprocent och allra helst l-5 vikt- procent.The crosslinking agent c) is, as mentioned above, present in an amount of not more than 7% by weight, which amount is also based on the solids content and calculated on the total weight of a) + b). On the same basis, the percentage of c) is usually in the range of 0.2-7%, preferably 0.5-6% by weight and most preferably 1-5% by weight.

Genom användning av tvärbindningsmedlet i ovan angi- ven procentandel kan sålunda korrekt härdnings- eller tvärbindningsgrad uppnås, vilken uppfyller de krav som gäller för vattenångbarriäregenskaperna samt återuppslag- ningsegenskaperna omtalade ovan.By using the crosslinking agent in the percentage indicated above, the correct degree of curing or crosslinking can thus be achieved, which meets the requirements for the water vapor barrier properties and the re-expansion properties mentioned above.

Steg B) av förfarandet enligt föreliggande uppfinning är företrädesvis av kort varaktighet, beroende på tempera- turen, och ofta är varaktigheten eller kontakttiden inte längre än 10 sekunder, mycket ofta högst 5 sekunder, före- trädesvis högst 2 sekunder och allra helst högst 1 sekund.Step B) of the process according to the present invention is preferably of short duration, depending on the temperature, and often the duration or contact time is no longer than 10 seconds, very often at most 5 seconds, preferably at most 2 seconds and most preferably at most 1 second.

Ovannämnda varaktigheter eller kontakttider är re- laterade till en torknings- eller härdningstemperatur som är förhållandevis moderat, nämligen högst l05°C. Med tem- peratur menas härvid den temperatur som det belagda mate- rialet uppnår under ifrågavarande torknings- och härd- ningssteg, Företrädesvis gäller att nämnda temperatur ligger inom området 70-105°C, såsom 75-l0O°C.The above durations or contact times are related to a drying or curing temperature that is relatively moderate, namely at most 105°C. Temperature here means the temperature that the coated material reaches during the drying and curing step in question. Preferably, said temperature is within the range of 70-105°C, such as 75-100°C.

Beläggningsmedlet för användning i steg A) framstäl- les vanligtvis i form av en vattenbaserad uppslamning på konventionellt sätt, till exempel genom att man först lö- ser polyvinylalkoholen i vatten till en 20-50%-ig lösning och därefter tillsätter fyllmedlet och tvärbindningsmedlet till bildning av en uppslamning med en fastämneshalt av 20-50 viktprocent.The coating agent for use in step A) is usually prepared in the form of an aqueous slurry in a conventional manner, for example by first dissolving the polyvinyl alcohol in water to a 20-50% solution and then adding the filler and crosslinking agent to form a slurry with a solids content of 20-50% by weight.

Eftersom den polyvinylalkoholbaserade beläggningen använd vid förfarandet enligt uppfinningen, såsom omta- lades ovan, är den huvudsakliga eller enda vattenång- och arombarriären, kan beläggningsoperationen i sig genomföras på ett enkelt sätt och med okomplicerad utrustning. Detta innebär generellt att den mycket väl kan genomföras i en enda operation, där en bana eller ett ark av substratma- terialet ytbelägges med ett enda skikt av beläggningsmed- let och därefter torkas och härdas på det beskrivna sät- tet, varvid tvärbindningsmedlet sättes till beläggnings- medlet. Om ifrågavarande beläggningsoperation emellertid 10 15 20 25 30 35 502 675 9 inte är tillräcklig för vissa avsedda syften, kan den mycket väl upprepas en eller flera gånger ytterligare med samma eller likartat beläggningsmedel. Inom ramen för uppfinningen är det också möjligt att belägga den ena eller båda sidorna av substratmaterialet.Since the polyvinyl alcohol-based coating used in the process according to the invention, as mentioned above, is the main or only water vapor and aroma barrier, the coating operation itself can be carried out in a simple manner and with uncomplicated equipment. This generally means that it can very well be carried out in a single operation, where a web or a sheet of the substrate material is surface-coated with a single layer of the coating agent and then dried and cured in the described manner, the crosslinking agent being added to the coating agent. However, if the coating operation in question is not sufficient for certain intended purposes, it can very well be repeated one or more times further with the same or similar coating agent. Within the scope of the invention, it is also possible to coat one or both sides of the substrate material.

I alla händelser genomföres beläggningen eller de kombinerade beläggningarna enligt steg A) företrädesvis till en torr ytvikt av 2-30 g/m2, i synnerhet 3-15 g/m2, per sida av nämnda beläggningsmedel.In any event, the coating or combined coatings according to step A) are preferably carried out to a dry basis weight of 2-30 g/m 2 , in particular 3-15 g/m 2 , per side of said coating agent.

Allmänt sett innebär detta att en belagd slutprodukt tillverkas, vilken har en vattenångtransmissionshastighet av högst 25 g/m2 och 24 h i enlighet med den nedan angivna testmetoden. Företrädesvis framställes en produkt vilken har en vattenångtransmissionshastighet av högst 20, ännu hellre högst 15, i synnerhet 7-15, g/m2 och 24 h, enligt samma testmetod.Generally speaking, this means that a coated end product is produced which has a water vapour transmission rate of not more than 25 g/m2 and 24 h according to the test method specified below. Preferably, a product is produced which has a water vapour transmission rate of not more than 20, more preferably not more than 15, especially 7-15, g/m2 and 24 h, according to the same test method.

Den testmetod som användes för bestämning av vatten- ångtransmissionhastigheten är TAPPI-Standard T 448 m-49, "water Vapour Permeability of Paper and Paper Board".The test method used to determine the water vapor transmission rate is TAPPI Standard T 448 m-49, "Water Vapour Permeability of Paper and Paper Board".

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning genomföres företrädesvis som en kontinuerlig operation, där en löpan- de bana.av nämnda material ytbelägges i steg A) och där- efter omedelbart torkas och härdas i steg B). Denna opera- tion kan genomföras i ett steg som är åtskilt fràn till- verkningen av pappersbanan eller i direkt anslutning där- till.The process according to the present invention is preferably carried out as a continuous operation, where a running web of said material is surface-coated in step A) and then immediately dried and cured in step B). This operation can be carried out in a step separate from the manufacture of the paper web or in direct connection therewith.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen tillhandahål- les ett nytt belagt material, vilket är framställningsbart medelst det ovan definierade förfarandet.According to a second aspect of the invention, a novel coated material is provided, which is producible by the method defined above.

Mera konkret gäller att det belagda materialet enligt föreliggande uppfinning innefattar ett cellulosabaserat substrat, såsom ett substrat valt ur gruppen bestående av papper, papp, kartong och liknande material, varvid nämnda material har såväl vattenång- som arombarriärkaraktäristi- ka som återuppslagningsegenskaper, vilket belagda material utmärkes av att dess beläggningsskikt har erhållits vä- sentligen från ett beläggningsmedel innefattande: 502 10 15 20 25 30 35 675 10 a) polyvinylalkohol . b) ett icke-sfäriskt partikelformigt fyllmedel, före- trädesvis med ett utbredningsförhàllande, dvs för- hållande medelpartikeldiameter till tjocklek, av minst 2:1, och c) ett tvärbindningsmedel valt bland ammonium- zirkoniumkarbonat, borax och borsyra, varvid a) och b) är närvarande i en viktprocentandel av 30-70% respektive 70-30%, och varvid c) är närvarande i en viktprocentandel av högst 7%, där alla procentandelar är beräknade som fastämneshalt räknat pà den sammanlagda vikten av a) + b), varvid beläggningsmedlet bildar ett tvärbundet skikt med sàväl vattenàng- och arombarriärka- raktäristika som àteruppslagningsegenskaper.More specifically, the coated material according to the present invention comprises a cellulose-based substrate, such as a substrate selected from the group consisting of paper, cardboard, paperboard and similar materials, said material having both water vapor and aroma barrier characteristics as well as resealing properties, said coated material being characterized in that its coating layer has been obtained essentially from a coating agent comprising: 502 10 15 20 25 30 35 675 10 a) polyvinyl alcohol. b) a non-spherical particulate filler, preferably with an aspect ratio, i.e. ratio of average particle diameter to thickness, of at least 2:1, and c) a crosslinking agent selected from ammonium zirconium carbonate, borax and boric acid, wherein a) and b) are present in a weight percentage of 30-70% and 70-30% respectively, and wherein c) is present in a weight percentage of not more than 7%, all percentages being calculated as solids content based on the combined weight of a) + b), whereby the coating agent forms a crosslinked layer with both water vapor and aroma barrier characteristics and re-opening properties.

Vad beträffar föredragna utföringsformer av det be- lagda materialet enligt uppfinningen hänvisas till de föredragna utföringsformerna av förfarandet enligt upp- finningen, vilka också är tillämpbara pà ifrågavarande nya belagda material.As regards preferred embodiments of the coated material according to the invention, reference is made to the preferred embodiments of the method according to the invention, which are also applicable to the novel coated materials in question.

En tredje aspekt av uppfinningen hänför sig till be- läggningsmedlet i sig, dvs ett beläggningsmedel för ett cellulosabaserat material, sàsom ett material valt ur gruppen bestående av papper, papp, kartong och liknande material, för att förläna detta vattenàng- och arombar- riärkaraktäristika under bibehållande av dess àteruppslag- ningsegenskaper, varvid de utmärkande särdragen för ifrågavarande beläggningsmedel är desamma som har definie- rats ovan i samband med förfarandeaspekten av uppfin- ningen.A third aspect of the invention relates to the coating agent itself, i.e. a coating agent for a cellulose-based material, such as a material selected from the group consisting of paper, cardboard, paperboard and similar materials, to impart water vapor and aroma barrier characteristics to it while maintaining its resealability properties, the distinguishing features of the coating agent in question being the same as those defined above in connection with the process aspect of the invention.

Enligt en fjärde aspekt av uppfinningen tillhandahål- les slutligen en ny användning, nämligen användning av ett belagt material framställt enligt definitionerna i samband med förfarandeaspekten av uppfinningen eller enligt defi- nitionerna i samband med det belagda materialet enligt uppfinningen, som returpapper för recirkulation direkt till en uppslagare i en pappers-, papp- eller kartong- produktionslinje. 10 l5 20 25 30 35 502 675 ll I detta sammanhang betyder uttrycket "direkt" allmänt sett att det inte krävs något separations- eller annat förbehandlingssteg innan det belagda materialet kan ut- nyttjas i en uppslagare i en sàdan linje.According to a fourth aspect of the invention, a novel use is finally provided, namely the use of a coated material produced according to the definitions in connection with the process aspect of the invention or according to the definitions in connection with the coated material according to the invention, as waste paper for recycling directly to a pulper in a paper, paperboard or cardboard production line. 10 l5 20 25 30 35 502 675 ll In this context, the term "directly" generally means that no separation or other pre-treatment step is required before the coated material can be utilized in a pulper in such a line.

Figur En schematisk illustration av en lämplig utrustning för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen, och vilken i realiteten användes i de nedan beskrivna utfö- ringsexemplen, visas pá den bilagda ritningen.Figure A schematic illustration of a suitable equipment for carrying out the method according to the invention, and which is actually used in the embodiments described below, is shown in the accompanying drawing.

Denna figur visar en förràdsrulle l för ett papper- substrat, fràn vilken en bana 2 av nämnda pappersubstrat rullas ut. Denna löpande bana 2 passerar därefter via styrrullar 3 genom en beläggningsstation 4, som är en vanlig flexografibeläggare med tre beläggningsvalsar 5 och en styrvals 6, samt över tre separata uppvärmda torkcylindrar 7 och via ytterligare styrrullar 3 upp pà en upplindningsrulle 8. Nära den första av de tre uppvärmda cylindrarna 7 finns det också en IR-tork 9.This figure shows a supply roll 1 for a paper substrate, from which a web 2 of said paper substrate is unwound. This running web 2 then passes via guide rollers 3 through a coating station 4, which is a conventional flexographic coater with three coating rollers 5 and a guide roller 6, and over three separate heated drying cylinders 7 and via further guide rollers 3 onto a take-up roll 8. Near the first of the three heated cylinders 7 there is also an IR dryer 9.

Beläggningsförfarandet omfattar sàlunda applicering av beläggningsmedlet frán beläggningsstationen 4 pà den löpande banan 2 samt härdning av det belagda substratet medelst IR-torken 9 och eftertorkning av detsamma med hjälp av torkcylindrarna 7, varefter den belagda och här- dade produkten lindas upp pá upplindningsrullen 8.The coating process thus comprises applying the coating agent from the coating station 4 to the running web 2 and curing the coated substrate by means of the IR dryer 9 and post-drying the same by means of the drying cylinders 7, after which the coated and cured product is wound onto the winding roll 8.

EXEMPEL Följande exempel avser att illustrera föredragna ut- föringsformer av uppfinningen. Samtliga exempel utfördes under användning av en beläggningsutrustning av den typ som illustreras i figuren.EXAMPLES The following examples are intended to illustrate preferred embodiments of the invention. All examples were carried out using coating equipment of the type illustrated in the figure.

Produktionshastigheten var 75 m/min; IR-torken höjde bantemperaturen fràn 22°C till 7S°C; bantemperaturen efter den tredje kontakttorken var lO3°C; temperaturen hos be- läggningsmedlet var 35°C; fastämneshalten för beläggnings- medlet var 33%; och vattenàngtransmissionshastigheterna bestämdes enligt TAPPI T 448-m-49 (6 timmar vid 23°C, 50% 502 675 12 fukt). Samtliga procenthalter är uttryckta i viktprocent.The production speed was 75 m/min; the IR dryer raised the web temperature from 22°C to 75°C; the web temperature after the third contact dryer was 103°C; the temperature of the coating agent was 35°C; the solids content of the coating agent was 33%; and the water vapor transmission rates were determined according to TAPPI T 448-m-49 (6 hours at 23°C, 50% humidity). All percentages are expressed in weight percent.

EXEMPEL 1 Beläggningsmedlet var följande blandning: 5 44% polyvinylalkohol (PVA) (98% hydrolysgrad och 27 000 som molekylvikt). 56% kaolin, delaminerad 4,5% ammonium-zirkoniumkarbonat (AZC).EXAMPLE 1 The coating agent was the following mixture: 44% polyvinyl alcohol (PVA) (98% degree of hydrolysis and 27,000 molecular weight). 56% kaolin, delaminated. 4.5% ammonium zirconium carbonate (AZC).

Beläggningsvikten var 5,0 g/m2 pà ena sidan av ett 10 sulfitbaserat, blekt papper med en ytvikt av 95 g/m2.The coating weight was 5.0 g/m2 on one side of a sulfite-based, bleached paper with a basis weight of 95 g/m2.

Vattenàngtransmissionshastigheten var 8,2 g/m2 . 24 h.The water vapor transmission rate was 8.2 g/m2. 24 h.

EXEMPEL 2 Samma som Exempel 1 med_nndantag av en PVA med en 15 molekylvikt av 16 000.EXAMPLE 2 Same as Example 1 except for a PVA with a molecular weight of 16,000.

Beläggningsvikten var 5,2 g/m2.The coating weight was 5.2 g/m2.

Vattenàngtransmissionshastighet: 7,9 g/m2 . 24 h.Water vapor transmission rate: 7.9 g/m2. 24 h.

EXEMPEL 3 20 Beläggningsmedel: 30% PVA (98%, 27 000 Mw) 70% kaolin, delaminerad 4,5% AZC Papper: såsom i exempel 1 25 Beläggningsvikt: 5,0 g/m2 Vattenàngstransmissionshastighet: 19,7 g/m2 . 24 h.EXAMPLE 3 20 Coating agent: 30% PVA (98%, 27,000 Mw) 70% kaolin, delaminated 4.5% AZC Paper: as in Example 1 25 Coating weight: 5.0 g/m2 Water vapor transmission rate: 19.7 g/m2 . 24 h.

EXEMPEL 4 Papper: såsom i exempel l 30 Beläggningsmedel: 60% PVA (98%, 27 000 Mw) 40% kaolin, delaminerad 4,5% AZC Beläggningsvikt: 5,2 g/m2 35 Vattenàngtransmissionshastighet: 16,5 g/m2 . 24 h. 10 15 20 25 30 35 502 675 13 EXEMPEL 5 Papper: sàsom i exempel 1 Beläggningsmedel: 3s%|PvA (9a%, 27 ooo Mw) 9% PVA (99%, 145 000 Mw) 56% kaolin, delaminerad 4,5% AZC Beläggningsvikt: 5,1 g/m2 Vattenàngtransmissionshastighet: 7,2 g/m2 . 24 h.EXAMPLE 4 Paper: as in example 1 30 Coating agent: 60% PVA (98%, 27,000 Mw) 40% kaolin, delaminated 4.5% AZC Coating weight: 5.2 g/m2 35 Water vapor transmission rate: 16.5 g/m2 . 24 h. 10 15 20 25 30 35 502 675 13 EXAMPLE 5 Paper: as in example 1 Coating agent: 3s%|PvA (9a%, 27 ooo Mw) 9% PVA (99%, 145,000 Mw) 56% kaolin, delaminated 4.5% AZC Coating weight: 5.1 g/m2 Water vapor transmission rate: 7.2 g/m2 . 24 h.

EXEMPEL 6 Papper: samma baspapper som i exempel 1, men detta hade tidigare behandlats med en 4%-ig lösning av borax (natriumtetraborat-dekahydrat)_ Beläggningsmedel: samma som i exempel 1 Beläggningsvikt: 4,5 g/2 Vattenàngtransmissionshastighet: 5,7 g/m2 . 24 h.EXAMPLE 6 Paper: same base paper as in Example 1, but this had previously been treated with a 4% solution of borax (sodium tetraborate decahydrate)_ Coating agent: same as in Example 1 Coating weight: 4.5 g/2 Water vapor transmission rate: 5.7 g/m2 . 24 h.

EXEMPEL 7 Papper: samma som i exempel 1, men efter applicer- ingen av beläggningsmedlet och före härdningsoperationen behandlades det belagda papperet med en 4%-ig lösning av borax i en separat operation.EXAMPLE 7 Paper: same as in Example 1, but after application of the coating agent and before the curing operation, the coated paper was treated with a 4% solution of borax in a separate operation.

Beläggningsmedel: samma som i exempel 1 Beläggningsvikt: 5,0 g/mz Vattenàngtransmissionshastighet: 3,6 g/m2 . 24 h.Coating agent: same as in example 1 Coating weight: 5.0 g/m2 Water vapor transmission rate: 3.6 g/m2 . 24 h.

EXEMPEL 8 Papper: såsom i exempel 1 Beläggningsmedel: samma som i exempel 1 men också med 1% tillsatt borsyra. Efter beläggningsoperationen behand- lades det belagda papperet med en 20%-ig lösning av Na2HPO4 för höjning av pH-värdet för det belagda papperet till approximativt 8,5.EXAMPLE 8 Paper: as in Example 1 Coating agent: same as in Example 1 but also with 1% boric acid added. After the coating operation, the coated paper was treated with a 20% solution of Na2HPO4 to raise the pH of the coated paper to approximately 8.5.

Beläggningsvikt: 5,0 g/m2 Vattenàngtransmissionshastighet: 10,5 g/m2 . 24 h. 502 675 10 15 20 25 30 35 14 Belagda papper framställda enligt exempel 1 - 8 testades vad beträffar áteruppslagningsförmàga i en la- boratoriedesintegrator. Efter 30 000 varv formades handark och fiberenhetligheten utvärderades visuellt. Samtliga papper visade sig vara fullständigt àteruppslagbara.Coating weight: 5.0 g/m2 Water vapor transmission rate: 10.5 g/m2 . 24 h. 502 675 10 15 20 25 30 35 14 Coated papers prepared according to Examples 1 - 8 were tested for refoldability in a laboratory disintegrator. After 30,000 revolutions, handsheets were formed and fiber uniformity was visually evaluated. All papers were found to be completely refoldable.

Claims

10 15 20 25 30 35 502 675/5 PATENT REQUIREMENTS

A process for treating a cellulosic material as a material selected from the group consisting of, for the purpose of rial, paper, cardboard, cardboard and similar materials, imparting this water vapor and aroma barrier characteristics while retaining the re-storage properties to enable direct recycling thereof to a store. in a paper, paperboard or board production line, characterized in that: A) said material is coated, on one side or both sides, with a coating agent, preferably in the form of an aqueous slurry, comprising: a) -70% by weight of polyvinyl alcohol, b) 70-30% by weight of a non-spherical particulate filler, preferably with a dispersion ratio, i.e. a ratio of average particle diameter to thickness, and c) not more than 7% by weight of at least one crosslinking agent selected among ammonium-zirconium carbonate, borax of at least 2: 1, and boric acid, the percentages being calculated as solids content based on the the total weight of a) + b), and B) subject the coated material to a drying and curing operation at a maximum of 105 ° C so as to form a crosslinked barrier layer on said material, which barrier layer is the only or main water vapor and aroma barrier forming layer on the cellulosic material.

Process according to claim 1, characterized in that a) is present in 40-60, preferably 42- 58, preferably 58-42, weight percent,

Process according to any one of claims 1 and 2, weight percent and that b) is present in 60-40, preferably in said coating agent. c a n e t e c k n a t that c) is used in 0.2-7% by weight, preferably 0.5-6% by weight and most preferably 1-5% by weight. 502 675 10 15 20 25 30 35 / b

A method according to any one of claims 1-3, in that the spreading ratio of the filler is in the range 2: 1-300: 1, preferably 3: 1-300: 1 and most preferably 5: 1-300: 1, for example 5: 1- 200: 1.

A method according to claim 4, characterized in that the filler is a mineral pigment, which is preferably selected from the group consisting of kaolin, talc, chalk and marble.

Process according to one of the preceding claims, characterized in that borax is used as the crosslinking agent.

Process according to one of Claims 1 to 5, characterized in that boric acid is used as the crosslinking agent.

A method according to claim 7, characterized in that the coating agent is brought to a basic pH of at least 8 before or at step B).

9. A process according to any one of claims 1-8, characterized in that the polyvinyl alcohol has a degree of hydrolysis in the range 95-100%, preferably 97-100%, such as around 98%.

Process according to any one of claims 1-9, characterized in that the polyvinyl alcohol has a molecular weight of 16,000-200,000, preferably 16,000-75,000 and in particular 16,000-47,000, g / mol.

11. ll. Process according to any one of claims 1-10, characterized in that in step B) the coated material is subjected to the drying and curing operation for a contact time of at most 10 seconds, for example at most 5 seconds, preferably at most 2 seconds and a maximum of 1 second.

Process according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the temperature of the coated material is in the range from 70 to 105 ° C, preferably from 75 to 10 ° C. 10 15 20 25 30 35 502 675/7

13. A process according to any one of claims 1-12, characterized in that the aqueous slurry used in step A) is prepared by first dissolving the polyvinyl alcohol in water to a 20-50% solution. and then adding the filler and crosslinking agent to form a slurry having a solids content of 20-50% by weight.

A method according to any one of claims 1-13, characterized in that it is carried out as a continuous operation, preferably in a single operation, where a continuous web of said material is coated in accordance with A) and then immediately dried and cured according to B).

A method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the coating is carried out to a dry basis weight of 2-30 g / m 2, preferably 3-15 g / m 2, side of said coating agent.

Process according to any one of claims 1-15, characterized in that a coated end product is produced with a water vapor transmission rate of at most 25, preferably at most 20 and most preferably at most 15, g / m 2 and 24 hours, for example 7-15 g / m2 and 24 hours, according to the test method TAPPI T448-m49.

17. Coated cellulosic material, which is preferably selected from the group consisting of paper, cardboard, cardboard and characterized in that its per similar material, coating layer has been obtained essentially from a coating composition comprising: a) polyvinyl alcohol b) a non-spherical particulate fillers, preferably with a dispersion ratio, i.e. a ratio of average particle diameter to thickness, of at least 2: 1 and c) a crosslinking agent selected from ammonium zirconium carbonate, borax and boric acid, 502 675 10 15 20 25 30 35 18 wherein a) and b ) is present in a weight percentage of 30-70% and 70-30% respectively and wherein c) is present in a weight percentage of not more than 7%, where all percentages are calculated as solids levels based on the total weight of a) + b), wherein the coating agent forms a crosslinked layer with both water vapor and aroma barrier characteristics as well as re-storage properties.

Coated material according to claim 17, characterized in that the coating agent is a coating agent defined in any one of claims 2-10.

Coated material according to any one of claims 17 and 18, characterized in that it has a water vapor transmission rate as defined in claim 16.

Coating agent for a cellulosic material, which is preferably selected from the group consisting of paper, cardboard, cardboard and similar materials, intended to impart this water vapor and aroma barrier characteristics while retaining its re-storage properties, characterized in that it is a coating agent as defined in any one of claims 1-10.

Use of a coated material, as it is prepared as defined in any one of claims 1-16 or as defined in any one of claims 17-19, as recycled paper for direct recycling to a store in a paper, cardboard or board production line.