DD231819A1 - Kaolinhaltige streichmassen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft kaolinhaltige Streichmassen, wobei es sich bei den verwendeten Kaolinen um Kaoline mit unguenstigem rheologischen Verhalten handelt. Die Streichmassen eignen sich zur Herstellung von qualitaetsgerechten Druckpapieren fuer die Verarbeitung im Tief- und Offsetdruck. Das Ziel und die Aufgabe bestehen darin, bei Verwendung von Kaolinen mit unguenstigem rheologischen Verhalten kaolinhaltige Streichmassen mit guten Verarbeitungseigenschaften zu formulieren, die die Beschichtung von gestrichenen Papieren mit guten Bedruckbarkeitseigenschaften fuer den Tief- und Offsetdruck ermoeglichen. Die Aufgabe wird durch den Einsatz von Styren-Acrylsaeurealkylester-Copolymerdispersionen als Bindemittel in diesen kaolinhaltigen Streichmassen erfindungsgemaess geloest, indem der Arcylsaeuregehalt nur in einem, in Abhaengigkeit von der Art des verwendeten Acrylsaeurealkylesters, gefundenen engen Teilbereich varriert werden darf. Die gefundenen Acrylsaeurekonzentrationen vermitteln neben guten Verarbeitungskennwerten der Streichmassen auch eine hohe Bindekraft, so dass die gewuenschten Bedruckbarkeitseigenschaften erreicht werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft kaolinhaltige Streichmassen mit verbesserten Eigenschaften. Die Streichmassen, die Copolymerdispersionen auf Basis von Styren und Acrylsäurealkylester enthalten, eignen sich zur Herstellung von qualitätsgerechten Druckpapieren für den Offset- und Tiefdruck. Bei den eingesetzten Kaolinen handelt es sich um Kaoline mit ungünstigem Theologischen Verhalten. Da solche Kaoline den Streichmassen eine hohe Viskosität vermitteln, gestatten sich die Verarbeitung mit den bisher bekannten Bindersystemen nur bei niedrigem Feststoffgehalt dieser Streichmassen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Herstellung von Tief- und Offsetdruckpapieren wird größtenteils unter Einsatz von Kaolin als Hauptpigment vorgenommen. Zur Erzielung einer guten Bedruckbarkeit der gestrichenen Papiere ist die Ausbildung einer gleichmäßigen Strichschicht eine wesentliche Voraussetzung. Die Strichverteilung sowie Strichausbildung ist von den Verarbeitungseigenschaften der Streichmasse abhängig. Dem Stand der Technik entsprechend wird von der Streichmasse ein gutes Fließverhalten, d. h. eine niedrige Viskosität bei hohem Feststoffgehalt gefordert. Bestimmend für diese Eigenschaften sind die Wechselbeziehungen zwischen dem verwendeten Kaolin und Bindemittelsystem. Aus Gründen der Bedruckbarkeit sowie der Ökonomie ist man bestrebt, mit niedrigen Bindermengen zu arbeiten, wobei der Trend auf einen möglichst hohen Anteil an synthetischen Bindemittel am Gesamtbindersystem gerichtet ist. Die Bindekraft des Binders muß daher entsprechend hoch sein, um die geforderte Oberflächenfestigkeit des Striches zu erreichen.

Beim Einsatz von Kaolinsorten mit geringer Qualität, die sich z. B. in einem ungünstigen Theologischen Verhalten, d. h. in einer niedrigen Viskositätskonzentration äußert, treten Probleme auf, die gewünschten Streichmasseneigenschaften (hoher Feststoffgehalt/niedrige Viskosität), die eine gute Strichqualität und damit auch eine gute Bedruckbarkeit vermitteln, einzustellen. Aus materialökonbmischer Sicht ist oft ein Einsatz derartiger Kaoline erforderlich. Mit herkömmlichen Bindersystemen, z. B. Acrylsäureester-Vinylacetat-Copolymeren, werden diese Anforderungen nicht erfüllt. Bei Anwendung dieser Bindersysteme in Kombination mit den genannten Kaolinen ist der Feststoffgehalt der hergestellten Streichmassen im Interesse derVerarbeitbarkeit (max. 50%). Da außerdem diese Copolymeren eine ungenügende Bindekraft aufweisen, müssen entsprechend hohe Binderanteile eingesetzt werden, so daß die gestrichenen Papiere teilweise mangelnde Bedruckbarkeitseigenschaften zeigen.

Die in DE-AS 2344448 und DE-AS 1546379 beschriebenen Bindemittel für wäßrige Streichmassen, die 24,5 bis 50 Gew.-% Butadien, 0,5 bis 10% äthylenisch ungesättigte Carbonsäuren und 40 bis 75% Styren bzw. 30 bis 55Gew.-% Butadien, 1 bis 13% ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren sowie als Rest Styren oder Methylmethacryiat enthalten, vermitteln laut Angabe den Streichmassen gute Fließeigenschaften. Auch ihre Bindekraft ist ausreichend, so daß mit einer Bindermenge gearbeitet werden kann, die die Bedruckbarkeit nicht negativ beeinfluß. Nachteilig ist jedoch die mit dem Einsatz dieser Copolymeren verbundene niedrige UV-Stabilität der Papiere, so daß der Anwendungsbereich nur auf kurzlebige Papierqualitäten beschränkt ist. In DE-OS 1 814209 werden als Bindemittel carboxylgruppenhaltige Synthese-Kautschuk-Dispersionen zur Herstellung von Streichmassen verwendet, die in Gegenwart von Polyethylenglykolen polymerisiert werden, um die Fließfähigkeit der Streichmassen zu verbessern. Allerdings treten hier auch die schon erwähnten Nachteile hinsichtlich der Vergilbungsneigung auf.

In der DE-AS 126495 wird als Bindemittel für kaolinhaltige Streichmassen ein Gemisch aus 95 bis 60%Copolymerisat A, bestehend aus 10 bis 90 Gew.-% eines Esters der Acryl-oder Methacrylsäure mit Alkoholen, die 1 bis 8 Kohlenstoff atome enthalten, sowie 90 bis 10% Vina und 10% äthylenisch ungesättigte copolymerisierte Verbindungen und 5 bis 40% Copolymerisat B, bestehen aus 15 bis 55% Acrylsäure bzw. Methacrylsäure, 85 bis 45% wasserunlöslichen Monomeren, wobei 20% bezogen auf diese hydrophoben Monomere Ester der Acrylsäure mit Alkoholen, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten, darstellen und 10% Acrylamid vorgeschlagen.

In der DE-AS 210728 gelangen Bindersysteme auf Basis wäßriger Äthylen-VAC-Copolymeren und in der DE-AS 1295357 Copolymerisate aus 5 bis 48% alkylenaromatischer Verbindung (z.B. Styren), 50 bis 94% C₆-C₁₂-Alkylacrylat und 2 bis o% Carbonsäure in der Streichmasse zum Einsatz. Für die genannten Bindersysteme ist jedoch die Verwendung der üblichen hochwertigen Pigmente erforderlich.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Eigenschaften der kaolinhaltigen Streichmassen — auch bei Einsatz von Kaolinen mit ungünstigem Theologischen Verhalten — so zu verbessern, daß gute Bedruckbarkeitseigenschaften der hergestellten Papiere für die üblichen Druckverfahren, Tief- und Offsetdruck, erzielt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

— Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegte die Aufgabe zugrunde, kaolinhaltige Streichmassen, bestehend aus Kaolinen mit ungünstigem Theologischen Verhalten oder auch aus diesen Kaolinen in Kombinaten mit anderen üblichen Pigmenten (Kreide, Bariumsulfat) und Bindemitteln auf Basis von Styren-Acrylsäurealkylester-Copolymerdispersionen mit hoher Bindekraft, die den Einsatz niedriger Bindermengen gestatten sowie natürlichen oder synthetischen Additiven und diversen Hilfsstoffen zu formulieren, die bei einem hohen Feststoffgehalt gute Fließeigenschaften aufweisen.

— Merkmale der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Styren-Acrylsurealkylester-Copolymerdispersionen folgende Zusammensetzung haben:

A) 20 bis 60Gew.-Teile Styren, 33 bis 77,5Gew.-TeileAcrylsäureethylester, 2,5 bis3,5Gew.-TeileAcrylsäure

B) 20 bis 60Gew.-Teile Styren, 33 bis77,5Gew.-Teile Acrylsäurebutylester,3,5 bis4,5Gew.-Teile Acrylsäure

C) 20 bis 60 Gew.-Teile Styren, 33 bis 77,5 Gew.-Teile Acrylsäureethylhexylester, 5 bis 7 Gew.-Teile Acrylsäure.

Durch die Kombination der unter A bis C angegebenen Monomeren werden über die Filmeigenschaften, wie Festigkeit, Dehnung, Härte und Wasseraufnahme die anwendungstechnischen Eigenschaften der damit beschichteten Papiere eingestellt. Mit der Wahl der Monomeren in diesen Bereichen können optimale Kennwerte hinsichtlich der Rupffestigkeit, Glätte, Weißgrad, Naßabriebfestigkeit und Druckfarbenaufnahme der mit diesen Copolymeren beschichteten Papiere erzielt werden. Der genannte Acrylsäureanteil als Bestandteil der Comonomerenmischung führt erfindungsgemäß zu den gewünschten Verarbeitungseigenschaften der Streichmassen mit Kaolinen als Hauptpigment, die durch ungünstiges Theologisches Verhalten gekennzeichnet sind. Dem Trend entsprechend wird von einem modernen Basisbinder ein möglichst indifferentes Verhalten hinsichtlich der Theologischen Eigenschaften sowie der Wasserretention gefordert. Die gewählten Comonomeren Styren und Acrylsäurealkylester vermitteln solche Wechslebeziehungen zu den Kaolinteilchen, so daß die gewünschten Streichmasseneigenschaften erreicht werden können. Allerdings ist für die Ausbildung der erforderlichen Stabilität der Streichmasse während des Verarbeitungsprozesses ein bestimmter Anteil an stabilisierenden Gruppen, z. B. Carboxylgruppen, nötig. Bei Unterschreitung kann es zu Instabilitäten im Streichmassensystem kommen. Diese Instabilität kann z. B. beim Ansetzen der Streichmasse in Verbindung mit den übrigen Streichmassenkomponenten oder durch die mechanisch und thermische Beanspruchung während der Verarbeitung auf der jeweiligen Streichanlage auftreten. Bekannterweise ist jedoch mit zunehmenden Carboxylgruppenanteil eine steigende Verdickungswirkung der Copolymerdispersionen in den üblicherweise alkalischen Streichmassen (pH 8 bis 10) verbunden. Bei Überschreitung des gefundenen Bereichs ist die geforderte Indifferenz der Copolymerdispersionen nicht mehr gegeben, und die Viskosität der Streichmasse steigt an. Ein weiterer bekannter Effekt ist der Anstieg der Bindekraft der Copolymerdispersionen mit steigendem Carboxylgruppenanteil.

Überraschend wurde nun gefunden, daß bei Einstellung der Acrylsäurekonzentration in den in Abhängigkeit von der Alkyl kettenlänge des Acrylsäurealkylesters genannten Bereichen auch bei Anwendung von Kaolinen mit ungünstigem Theologischen Verhalten in Kombination mit den genannten Copolymerdispersionen als Bindemittel dem Ziel der Erfindung Besprechende Streichmassen hergestellt werden können.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Streichmassen wird in der Weise vorgenommen, daß die Copolymerdispersionen gemäß der jeweiligen Rezeptur mit den übrigen Streichmassenkomponenten, wie den genannten Kaolinen oder auch Kombinationen, bestehend aus den Kaolinen und anderen Pigmentzusätzen, wie z. B. Kreide oder Bariumsulfat sowie den natürlichen oder synthetischen Additiven und diversen Hilfsstoffen in der bekannten Reihenfolge vermischt werden. Die Höhe des Feststoffgehaltes der Streichmassen wird dabei im wesentlichen durch das anzuwendende Streichverfahren (Rollschaber, 3lade, Luftbürste u.a.) begrenzt. Auf Grund der hohen Bindekraft der Copolymerdispersionen kann der Binderanteil niedrig gehalten werden, so daß die gestrichenen Papiere hervorragende Bedruckbarkeitseigenschaften für eine Verarbeitung nach den jblichen Druckverfahren (Offset-, Tiefdruckverfahren) aufweisen.

<\usführungsbeispiele

Die Erfindung soll an nachfolgend angegebenen Beispielen näher erläutert werden:

3eispiel 1

7ur Herstellung einer Kartonstreichmasse werden folgende Streichmassenkomponenten in der genannten Reihenfolge /ermischt:

75 Gew.-Teile eines Kaolins miteiner Viskositätskonzentration von 56%, dispergiert mit üblichen Hilfsstoffen >5 Gew.-Teile gemahlene Kreide, dispergiert mit üblichen Hilfsstoffen

Zusätze diverser Hilfsmittel, wie optischer Aufheller, Wasser

36 Gew.-Teile einer 53%igen wäßrigen Copolymerdispersion, deren Copolymeres aus 45 Gew.-Teilen Styren,

50,5 Gew.-Teilen Acrylsäurebutylester und 4,5 Gew.-Teilen Acrylsäure besteht ),8 Gew.-Teile eines synthetischen Additives zur Einstellung der Rheologie und Wasserretention der Streichmasse,

bestehend aus einer 40%igen wäßrigen Copolymerdispersion auf Basis von carboxylgruppenhaltigen Polyacrylsäureester-Copolymeren.

Die fertige Streichmasse wird mittels Rollrakelsystem auf einen Rohkarton, Grammatur 250g/cm² einseitig aufgetragen. Die jrmittelten Prüfwerte sind in nachfolgender Tabelle zusammengestellt.

I. Streichmassenkennwerte

^:eststoffgehalt,%: 55%

3H-Wert: 8,8

/iskosität,mPas: 33

RN-Viskosimeter: N1/Stufe 1)

>. Papierkennwerte

\uftragsgewicht, g/m²: 10

=!upffestigkeit, m/: 5

Dlaufnahme-CobbdOs): 5 -

/Veißgehalt,%g/m² 74

!. Bedruckbarkeit

3ei einer Erprobung auf einer Bogenoffsetmaschine wurde Chromokarton mit guter Druckquaiität erhalten.

Beispiel 2

Eine Streichmasse zur Herstellung von maschinengestrichenem Etikettenpapier wird wie folgt angesetzt: 100Gew.-Teile eines Kaolins mit einer Viskositätskonzentration von 58%, dispergiert mit üblichen Hilfsmitteln 4 Gew.-Teile eines Stärkeesters, als 20%ige Lösung zugeführt Zusätze diverser Hilfsstoffe, wie optische Aufheller

18 Gew.-Teile einer 53%igen wäßrigen Disperation, deren Copölymeres aus 75 Gew.-Teilen Acrylsäureethylester, 22 Gew.-Teilen Styren und 3 Gew.-Teilen Acrylsäure besteht.

Die Streichmasse wird mittels Blade auf ein holzfreies Rohpapier, Grammatur 80 g/cm², aufgetragen und anschließend satiniert. Die erhaltenen Prüfwerte sind nachfolgend aufgeführt:

1. Streichmassenkennwerte

Feststoffgehalt, %: 54,5%

pH-Wert: 9

Viskosität, mPas: 550

(Brookfield/50Upm)

2. Papierkennwerte

Auftragsgewicht, g/m²: 16

Rupffestigkeit, ml: 2,8 (IGT-Probedruckgerät)

Ö|aufnahme-Cobb(14s): 4

Weißgehalt, %: 89

3. Bedruckbarkeit

Bei einer Erprobung auf einer Bogenoffsetdruckmaschine wurden Etikettenpapiere mit guter Druckqualität erhalten.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch:

   Kaolinhaltige Streichmassen zur Verarbeitung mittels üblicher Streichverfahren, bestehend aus Bindemitteln auf Basis von Styren-Acrylsäurealkylester-Copolymerdispersionen von Kaolin, insbesondere Kaolin mit ungünstigen Theologischen Verhalten, bzw. Mischungen von Kaolin mit anderen Pigmenten, wie z.B. Kreide oder Bariumsulfat, natürlichen oder synthetischen Additiven und anderen Hilfsstoffen in den bekannten Konzentrationsbereichen, gekennzeichnet dadurch, daß die Styren-Acrylsäurealkylester-Copolymerdispersionen mit den folgenden Zusammensetzungen enthalten:

   A) 20 bis 60Gew.-TeileStyren,33bis77,5Gew.-TeileAcrylsäureethylester,2,5bis3,5Gew.-TeileAcrylsäure

   B) 20 bis 60Gew.-TeileStyren,33 bis77,5Gew.-TeileAcrylsäurebutylester,3,5bis4,5Gew.-TeileAcrylsäure oder

   C) 20 bis 60 Gew.-Teile Styren, 33 bis 77,5 Gew.-Teile Acrylsäureethylhexylester, 5 bis 7 Gew.-Teile Acrylsäure.