DE1000680B - Dispergiermittel fuer insbesondere zur Herstellung von Papierstreichfarbe bestimmten Primaerton - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Dispergieren von Ton für Papieraufstriche und insbesondere auf ein Dispergiermittel für primäre Tonsorten und ein Verfahren zu ihrer Dispergierung.

Die Papieraufstrichindustrie bedient sich heutzutage weitgehend des Streichens auf der Papiermaschine, d. h.. das Streichen des Papiers erfolgt als Teilschritt der Papiererzeugung und ist ein Teil eines fortlaufenden Verfahrens. Die zum Streichen benutzten Farben oder Stoffe bestehen aus Pigment, Bindemittel und einem oder mehreren Zusätzen. Als Pigment dient für gewöhnlich Ton, und Casein oder Stärke sind die üblichen Tonbindemittel. Die Zusätze dienen insbesondere zum Dispergieren des Pigments.

Bei dem Streichen auf der Papiermaschine besteht die Hauptschwierigkeit darin, die Pigmente in der Bindemittellösung einwandfrei zu dispergieren, um eine Streichfarbe von ausreichend hohem Feststoffgehalt und einwandfreien Fließeigenschaften zu erhalten. Da die Streichfarbe die Maschine durchläuft, unterliegt sie beim Passieren der Rakel und Walzen bis zum Aufbringen auf das Papier zunehmenden Scherkräften, die zu diesem Zeitpunkt plötzlich aufgehoben werden. Die Streichfarbe muß notwendigerweise die richtigen Fließeigenschaften besitzen, damit sie die Maschine in flüssigem Zustande durchlaufen kann, andererseits aber auch genügend thixotrop sein, um in ständigem Fluß eine glatte Oberfläche zu bilden und nach Aufheben der Scherkraft in dieser Form zu erstarren.

Daher ist Thixotropie eine der wichtigsten Eigenschaften, die die Streichfarbe besitzen muß. Andere, gleich wichtige rheologische Eigenschaften sind die Viskosität und der Feststoffgehalt der Farbe, und zwar die Viskosität, weil die Farbe beim Auftragen auf die Papierunterlage durch die Maschine hindurchlaufen und die Rakel und Walzen passieren muß, und der Feststoffgehalt, weil bei einem wirtschaftlichen Hochleistungs-Papierstreichverfahren durch Erhöhen des Feststoffgehaltes in der Farbe die im letzten Arbeitsschritt zu beseitigende Wassermenge entsprechend verringert wird. Diese Streichmaschinen sind für gewöhnlich so gebaut, daß sie Streichfarben innerhalb eines Bereichs von rheologischen Eigenschaften verarbeiten können. Im allgemeinen kann man sagen, daß beim Streichen auf der Papiermaschine thixotrope Streichfarben mit einer Höchstviskosität von 3000 bis 4000 Zentipoise (cP) bei 100 U/min und mit einem Feststoffgehalt von 60 bis 65% verwendet werden. Da die Farbe aus Tonschlicker oder dispersem Ton hergestellt wird, wird die Viskosität vergrößert und der Feststoffgehalt verkleinert, und daher ist es erwünscht, Schlicker von möglichst niedriger Viskosität und möglichst hohem Feststoffgehalt herzustellen. Auf Grund der heutigen Dispergiermittel für insbesondere

zur Herstellung von Papierstreichfarbe

bestimmten Primärton

Anmelder: MOORE & MUNGER,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phil. G. Henkel, Patentanwalt,
Berlin-Schmargendorf, Auguste-Viktoria-Str. 63

George Douglas Fronmuller, Mamaroneck., N. Y.,
und Robert Anthony Gallino, Flushing, N. Y.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

Erfahrungen sollte der Schlicker keine höhere Viskosität als ungefähr 800 cP und einen Feststoffgehalt von etwa 65 bis 70% besitzen, damit diese Werte beim Anstellen der Farbe innerhalb der für sie gegebenen Grenzen erhöht oder erniedrigt werden können. Ebenso wird der — nachstehend definierte — thixotropische Index des Schlickers vorzugsweise zwischen 3 und 5V2 gehalten. Man hat erkannt, daß der Zusatz bzw. das Dispergiermittel die wirksame Komponente bei der Herabsetzung der Viskosität und Erhöhung des Feststoffgehalts in der Streichfarbe ist.

Für die heutigen Papiermaschinenaufstriche werden als Pigment üblicherweise sekundäre Tone verwendet, da deren physikalische und chemische Eigenschäften so sind, daß sie ausreichend dispergiert werden können, um die geforderten Werte für Viskosität und Feststoffgehalt zu besitzen. Diese in großem Umfang aus amerikanischer Erzeugung stammenden Tonsorten werden so im Vergleich zu primären Tonen genannt.

Primäre Tone waren bisher für die Papiermaschinenstreichverfahren weitgehend unverwendbar, weil man mit ihnen keine Tondispersion bzw. keinen Schlicker von ausreichend hohem, z. B. 65 bis 70% !«tragenden Feststoffgehalt herstellen konnte. Der englische Streichton ist der einzige, heutzutage bekannte primäre Streichton, obwohl es andere primäre Tonsorten, z. B. Füll- oder Töpfertone, gibt. Diese anderen Sorten eignen sich aber nicht für den Papierstrich, können jedoch ebenfalls nach dem Verfahren und mit dem Dispergiermittel nach der Erfindung dispergiert werden. Primärer Streichton besitzt viele wünschenswerte Eigenschaften, wie hohe Weiße und vergleichsweise hohe Freiheit von Fremdstoffen. Er

besitzt jedoch außer den bereits erwähnten Nachteilen noch mehrere weitere,, „schwerwiegende Nachteile, nämlich: Er besitzt dilatente Fließeigenschaften, z. B. die Neigung, unter Druck abzusetzen, er erfordert anomale Bindemittelmengen zur Bindung an das Papier, er besteht aus groben Aggregaten und besitzt ungenügenden Glanz. Daher war bisher die Verwendung von primärem Streichton in Streichfarben mit hohem Feststoffgehalt selbst in Gegenwart der üblichen Arten von Tondispergiermitteln unpraktisch. Das Hauptziel der Erfindung besteht darin, die Eigenschaften primärer Tone so weit zu modifizieren, daß sie auch für Streichfarben mit hohem Feststofrgehalt verwendet werden können.

Eine Spezialaufgabe der Erfindung besteht darin, primäre Tone so ausreichend zu dispergieren, daß Tonschlicker mit vergleichsweise hohem Feststoffgehalt, vergleichsweise niedriger Viskosität und thixotropen Fließeigenschaften hergestellt werden können. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Bindemittelmenge zu verringern, die zum Binden von primärem Ton an Papier erforderlich ist.

Weiterhin bemüht sich die Erfindung, wäßrige Primärtondispersionen zu schaffen, die sich mit den gängigen Bindemitteln vertragen.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Dispergiermittel für einen Primärton und ist dadurch gekennzeichnet, daß dieses aus einer Kombination von Tetranatriumpyrophosphat und einem neutralem Salz des Komdensationsproduktes aus Formaldehyd und einer Sulfosäure eines aromatischen Kohlenwasserstoffs besteht. Die Erfindung betrifft fernerhin eine wäßrige, thixotrope Dispersion aus Primärton und dem vorstehend gekennzeichneten Dispergiermittel und weiterhin eine thixotrope Streichfarbe, die eine wäßrige Suspension eines primären Streichtons, ein Bindemittel und das vorerwähnte Dispergiermittel enthält. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von vordispergierteni Primärton, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine wäßrige Dispersion aus einem Primärton und dem vorerwähnten Dispergiermittel hergestellt und anschließend bis zur Erzielung einer praktisch trockenen Masse heruntergetrocknet wird, und ebenso auch den nach diesem Verfahren gewonnenen, vordispergierten Primärton.

Die Erfindung soll nun im einzelnen an Hand der Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigt

Fig. ι ein Kurvenbild der Beziehungen zwischen der Feststoffkonzentration und dem Gehalt an Tetranatriumpyrophosphat (TNPP), in Prozenten ausgedrückt,

Fig. 2 ein Kurveiibild der Beziehungen zwischen dein Feststoffgehalt und Tamol N als Dispergiermittel, in Prozenten ausgedrückt,

Fig. 3 ein Kurvenbild der Beziehungen zwischen der Viskosität und dem Prozentgehalt an Dispergiermitteln in einem Tonschlicker,

Fig. 4 ein Kurvenbild, das den Einfluß von TNPP auf die Viskosität eines Tonschlickers mit einer festgelegten Menge von Tamol N zeigt,

Fig. 5 ein Kurvenbild, das den Einfluß von Tamol N auf die Viskosität eines Tonschlickers mit einer festgelegten Menge von TNPP zeigt,

Fig. 6 ein Kurvenbild der Beziehungen zwischen der Schüttdichte und dem Feuchtigkeitsgehalt eines vordispergierten Primärtons,

Fig. 7 eine Mikroaufnahme von undispergiertem Primärton und

Fig. 8 eine entsprechende Mikroaufnahme von dispergiertem Primärton.

Tetranatriumpyrophosphat (Na₄P₂O₇), vor- und nachstehend als TNPP bezeichnet, ist eine Verbindung, die bekanntlich Pigmente zu benetzen und zu dispergieren vermag. Wenn es als Dispergiermittel für Primärtone verwendet wird, kann man Tonschlicker mit maximal etwa 61% Feststoffgehalt erhalten.

Die neutralen Salze der Kondensationsprodukte aus Formaldehyd und bi- oder tricycliischen Sulfosäuren, wie z. B. Naphthalinsulfosäure und Anthrazensulfosäure, besitzen bekanntlich auch gewisse Tondispergiereigenschaften. Eines dieser Materialien ist im Handel unter dem Warenzeichen Tamol N bekannt; es wird von der Firma Rohm & Haas Co. in Philadelphia, Pa, hergestellt und verkauft. Das Handelsprodukt Tamol N ist das Natriumsalz eines Gemisches der Kondensationsprodukte aus Formaldehyd und Naphthalinmono- und -disulfosäure und wasserlöslich. Es wurde gefunden, daß die Neutralsalzform des Kondensationsproduktes aus Formaldehyd und Naphthalinmonosulfosäure und das entsprechende Produkt aus Naphthalindisulfosäure im wesentlichen die gleichen Tondispergiereigenschaften besitzen, obwohl Anzeichen dafür sprechen, daß mit der Erhöhung der Zahl der konjugierten Ringe auch das Dispergiervermögen zunimmt, wenn auch nicht im gleichen Verhältnis. Der Einfachheit halber soll sich daher der hier benutzte Ausdruck Tamol N auf ein wasserlösliches, neutrales Salz des Kondensationsproduktes aus Formaldehyd und Naphthalinsulfosäuren beziehen.

Bei Verwendung von Tamol N als Dispergiermittel für Primärton läßt sich kein Tonschlicker mit mehr als etwa 56'% Feststoffgehalt gewinnen. Die Dispergiereffekte von TNPP bzw. Tamol N je allein sind in den Fig. 1 und 2 graphisch dargestellt. Die Kurven beruhen dabei auf den nachstehend aufgeführten Daten, die durch Herstellung wäßriger Dispersionen von Primärton erhalten wurden, welche auf eine Viskosität von etwa 650 bis 700 cP, gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter mit Spindel Nr. 5 bei 100 U/min und 25⁰ C, eingestellt wurden.

Fig. ι

55

60

% TNPP	Fig. 2	°/o Feststoff
0,1		32
0,2		54
o,3		58
0,4		60
o,5		61
0,6		61
o,7		61
0,8		61
0,9		61
1,0		60
% Tamol N	% Feststoff
0,1	28
0,2	44
o,3	51
0,4	52
o,5	53
0,6	54
0,7	55
0,8	56
0,9	56
1,0	55

Wie man sieht, üben beide Verbindungen ein bestimmte Begrenzung des in der Dispersion erreich-

baren Feststoffgehaltes aus. Die höchste, erreichbare Dispergierbarkeit, die mit dem gleichen Ton und unter den gleichen Bedingungen, aber ohne Zusatz eines Dispergiermittel erzielbar ist, war ein Schlicker mit 20% Feststoffgehalt.

Offensichtlich ist keine der beiden Verbindungen allein dazu befähigt, eine Primärtondispersion mit so hohem Feststoffgehalt zu ergeben, daß sie für das Streichen auf der Papiermaschine brauchbar ist. Es wurde nun aber gefunden, daß ein aus beiden Verbindungen kombiniertes Dispergiermittel unerwarteterweise Primärton stärker als jede Verbindung für sich allein zu dispergieren vermag und daß dadurch wäßrige Dispersionen mit einem für das Streichen auf der Papiermaschine genügend hohen Feststoffgehalt erzielt werden können. Dieses Dispergiermittel besteht zu gleichen Teilen aus TNPP und Tamol N und wird für das Dispergieren von Primärton vorzugsweise in einer Menge von 0,87%, berechnet auf das Tongewicht, angewendet. Die vorstehend angegebenen Prozentzahlen werden bevorzugt, weil dabei erfahrungsgemäß die maximale Dispersion und die gewünschten Toneigenschaften erzielt werden können. Solche Beträge ermöglichen die Herstellung von wäßrigen Primärtondispersionen oder -schlickern mit 65 bis 70% Feststoffgehalt und niedrigster Viskosität.

Sowohl die Zusammensetzung als auch die Menge des benutzten Dispergiermittels kann geändert werden, wie am besten aus den Fig. 3 bis 5 ersichtlich ist. Bei der Bestimmung dieser Beträge wurden die Daten zusammengetragen, auf denen die Fig. 3 beruht. Vorversuche ergaben, daß ungefähr gleiche Anteile der beiden Komponenten des Dispergiermittels die gewünschte Wirkung bezüglich Feststoffkonzentration und Viskosität ergeben würden. In Fig. 3 wurde die mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 22⁰ C ermittelte Viskosität eines Tonschlickers mit 70°/» Feststoffgehalt gegen wachsende Zusätze eines Beispiels des Dispergiermittels nach der Erfindung aufgezeichnet. Alle Viskositäten wurden bei 100 U/min ermittelt, und das Dispergiermittel bestand aus 52% Tamol N und 48% TNPP. Die so erhaltene Kurve zeigt, daß Viskositäten von 800 cP und darunter innerhalb des Bereichs von etwa 0,4 bis 1,5% an dem erwähnten Dispergiermittel erzielbar sind. Die niedrigste Viskosität liegt zahlen- wie auch kurvenmäßig bei einem Punkt von etwa 0,87% Dispergiermittel. Dieser Betrag entspricht 0,42 % Tamol N auf der Grundlage der angegebenen Zusammensetzung des Dispergiermittels.

Ein Verfahren zur Ermittlung des günstigsten Mengenverhältnisses der Komponenten im Dispergiermittel besteht darin, die Viskosität eines Tonschlickers mit konstantem Gehallt an einer Komponente und variablen Mengen der anderen Komponente zu messen. Fig. 4 gibt die Daten wieder, die bezüglich der Viskosität eines Tonschlickers mit 70%'Feststoff und 0,42 % Tamol N bei wachsenden Zusätzen von TNPP erhalten wurden. Der erste Zusatz von TNPP lag bei etwa 0,375%, ^weü dieser Punkt erfahrungsgemäß innerhalb des Bereichs niedriger Viskosität bei 70% Feststoffgehalt liegen würde, und die Fig. 4 soll bloß den Bereich niedrigster Viskositäten bei solchen Zusätzen aufzeigen. Die niedrigste, so erhaltene Viskosität lag bei einem Punkt von etwa 0,43 % TNPP. Es ist zu beachten, daß an diesem Punkt die Viskosität niedriger als der kleinste Viskositätswert war, der nach den Daten der Fig. 3 erreichbar war. Daraus ließ sich erwarten, daß bei einer Umkehrung des Komponentenverhältnisses im Dispergiermittel, wie es in Fig. 3 benutzt wurde, die niedrigste Viskosität noch tiefer als dargestellt gewesen ware.

Fig. 5 beruht auf ähnlichen Zahlenwerten, bei denen 0,43 °/o TNPP als Konstante festgehalten und der Anteil an Tamol N abgewandelt wurde, um die so erhaltenen, niedrigsten Viskositäten zu ermitteln. Die niedrigste Viskosität wurde dabei an einem Punkt bei etwa 0,375 % Tamol N erhalten.

Daraus läßt sich also schließen, daß die niedrigsten Viskositäten sich mit den niedrigsten Komponentenanteilen gemäß Fig. 4 und 5 erzielen lassen, deren Darstellungen eine graphische Vergrößerung der Wirkungen dieser Komponenten im Minimalviskositätsbereich der Kurve nach Fig. 3 sind. Die in diesen Fig. 4 und 5 gezeigten Kurven geben ebenfalls genaue Hinweise auf die vorteilhaftesten, einzuhaltenden Bereiche, da hierdurch niedrigste Viskositäten erreichbar sind.

Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, daß bei Verwendung eines Dispergiermittels, das zu gleichen Teilen aus TNPP und Tamol N in einem Mengenbereich zwischen 0,4 und 1,5% Dispergiermittel, auf das Tongewicht berechnet, besteht, ein Primärtonschlicker mit 70% Fest stoff gehalt und im Viskositätsbereich um 800 cP und darunter erzielt werden kann. Die Zahlenwerte der Fig. 4 und 5 helfen dabei, den Begriff »zu ungefähr gleichen Teilen« zu definieren. Die Kurven zeigen, daß trotz an sich niedriger Viskosität noch unter den Werten der Fig. 3 liegende Viskositäten erreicht werden können, wenn sich das TNPP gegenüber dem Tamol N in leichtem Überschuß befindet.

Die Fig. 4 und 5 zeigen fernerhin, daß Viskositäten im niedrigsten Bereich erhalten werden, wenn das gegenseitige Komponentenverhältnis zwischen 1 : 1 und ι : 2 liegt, und daher soll der Begriff »zu ungefähr gleichen Teilen« diese Beziehungen decken. Wenn also beispielsweise insgesamt 1,2% Dispergiermittel verwendet wird, so soll der Begriff 0,4 bis 0,8% Tamol N und 0,8 bis 0,4% TNPP umfassen. Diese Variationen in den Relativbeträgen scheinen die niedrigsten Viskositäten zu ergeben, die durch Verwendung von etwa 0,4 bis 1,5% an Gesamtdispergiermittel erhalten werden können. Der bevorzugte Bereich an Gesamtdispergiermittel würde zwischen 0,60 und 0,95% bei ungefähr gleichen Anteilen der entsprechenden Komponenten liegen. Dieser bevorzugte Dispergiermittelbereich kennzeichnet allgemein den Punkt niedriger Viskosität oder den untersten Abschnitt der Parabelfunktion der Kurve nach Fig. 3. Dieser Abschnitt stellt tatsächlich den Bereich niedrigster Viskosität und höchster Fließfähigkeit von in vorstehend beschriebener Art dispergietrten Schlickern dar. Infolgedessen werden Schlicker, die mit Dispergiermitteln in diesem Bereich hergestellt werden, die besten Ergebnisse bei der Zubereitung von Streichfarben liefern.

Es mag darauf hingewiesen werden, daß nach den Erfahrungen der Erfinder ein Zusatz von anderen Dispergiermitteln als den nach der Erfindung zu erfindungsgemäß dispergieren Schlickern eine Erhöhung der Viskosität bewirkt.

Das Dispergiermittel nach der Erfindung kann dem Ton während der Zubereitung der Streichfarbe zugesetzt werden. Dieses Verfahren ist aber nicht so wirkungsvoll, wie wenn der Ton zunächst vordispergiert und erst in diesem Zustand für die Zubereitung der Streichfarbe benutzt wird, weil sonst die chemische Reaktion des Dispergiermittels nicht Gelegenheit zur Erreichung des Gleichgewichtszustandes

haben würde und daher schwankende Ergebnisse bei den vergleichsweise hohen Tonkonzeotrationen entstehen könnten.

Ein Beispiel für den direkten Zusatz des Dispergiermittels zum Ton während der Zubereitung der Streichfarbe besteht in folgendem;

Beispiel ι

380 g ungetrockneter, englischer Streichton wurde in einer Lösung aus 163 g Wasser, 2,28 g TNPP und 3,04 g Taniol N dispergiert. Der erhaltene Schlicker besaß 70 %> Feststoffgehalt. Die Viskosität wurde mit einem Brookfield-Viskosimeter mit Spindel Nr. 5 bei 25⁰C gemessen und betrug

thixotrop, wie aus dem thixotropisehen Index (T. I.) 4,26 hervorgeht, der nach der Formel

T. I. =

Viskosität bei 10 U/min / i960

Viskosität bei 100 U/min

460

= 4,26

errechnet wurde.

Beispiel 3

bei U/min	cP
IO	6800
20	3800
50	1900
100	1180

Dieser Schlicker wurde dann als Grundlage für die herzustellende Streichfarbe bzw. -mischung verwendet.

Vorzugsweise wird jedoch ein vordispargierter Ton hergestellt und dieser Ton erst für die Zubereitung der Streichfarben benutzt. Die nachstehenden Beispiele erläutern das anzuwendende Verfahren, wobei Beispiel 2 auf laboratoriumsmäßiger und Beispiel 3 auf fabrikatarischer Größenordnung beruhen.

Beispiel 2

Die Mischungsbestandteile sind 420 g englischer Streichton mit 1 % Wassergehalt, 3,36 g Tamol N, 2,52 g TNPP, 178,32 g Wasser.

Das Tamol N und TNPP werden im Wasser aufgelöst, und der Ton wird in die Lösung eingebracht. Die Suspension wird mit einem langsam laufenden Scherkraftrührer in Bewegung gehalten. Danach wird der Ton auf einen Feuchtigkeitsgehalt nicht unter 3,5% heruntergetrocknet, so daß seine Schüttdichte nach Vermählen oder Verschuppen auf einem Trommeltrockner zwischen 0,505 und 0,54 g/ccm beträgt. Dieser Ton wird dann bei den verschiedenen Konzentrationen erneut dispergiert und besitzt dann die nachstehend angegebenen, mit Hilfe eines Brookfield-Viskosimeters festgestellten Viskositäten:

.Die Mischungsbestandteile sind: 1361 kg englischer Streichton, 10,9 kg Tamol N, 8,2 kg TNPP, 730 kg Wasser.

Das Tamol N und TNPP wurden unter Umrühren zum Wasser gegeben. Der Lösung der Dispergiermittel wurde dann der Ton zugesetzt und die Suspension ungefähr 2 Stunden lang mit 100 U/min gerührt. Der Schlicker enthielt ungefähr 65,4% Feststoffgehalt und wurde auf einem Zwillingstrommeltrockner auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 5 bis 7% heruntergetrocknet. Dieser vordispergierte Ton wurde dann zur Herstellung eines Schlickers von 70,1 % Feststoffgehalt verwendet, an dem folgende Viskositäten mit einem Brookfkld-Viskosimeter gemessen wurden:

U/min

IO

20

50

100

Viskosität in cP

2300 1490

964

780 ·

Viskosimeter	zu	55%	■
Geschwindig	zu	normal	Viskosität in cP
keit	zu	viskos
in U/min	zu	viskos	Dispersion
IO		viskos
20		viskos
SO
IOO
	vordispergiert
	55
	39
38
48

70% Dispersion vordispergiert

i960

1160

64O 460

Auj dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß der normale oder undispergierte Ton bei 55% Feststoffgehalt für die Untersuchung zu viskos war, während eine Dispersion mit 55% Feststoffgehalt eine bemerkenswert niedrige Viskosität zeigte. Auch bei der Dispersion mit 70 % Feststoffgehalt war die Viskosität trotz ihres natürlich gegenüber der 55%igen Dispersion höheren Wertes noch niedrig genug, um die Dispersion für das Streichen auf der Papiermaschine verwenden zu können; die Fließeigenschaften waren Thixotropischer Index (T. I.) = 2300 : 780 = 2,9.

Bei allen vorstehend beschriebenen Auisführungsbeispielen wurde der Schlicker nach dem erstmaligen Dispergieren auf einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen etwa 3,5 und 8% und eine Schüttdichte zwischen 0,505 und 0,54 g/ccm heruntergetrocknet. Es wurde gefunden, daß bei weitergeführter Trocknung auf beispielsweise ι % Feuchtigkeit und noch weniger der Schlicker beim erneuten Dispergieren des vordispergierten Tons bei hoher Konzentration eine Gelphase oder Inversion durchläuft, bevor er sich in die Solphase umwandelt. Dieser Zustand ist wegen des übermäßigen Arbeitsaufwandes für das Zustandebringen -der Inversion unerwünscht. Dabei wurde insofern ein Zusammenhang zwischen der Schüttdichte und dem Gelieren von aus vordiispergiertem Primärton hergestellten Schlickern herausgefunden, als das Gelieren durch Einregeln der Schüttdichte vermieden werden kann. Es besteht auch zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt im Ton und seiner. Schüttdichte ein Zusammenhang, der aus der Kurve in Fig. 6 ersichtlich ist, die an in früher beschriebener Art vordispergiertem englischen Streichton als Primärton festgestellt und hei der die Schüttdichte in g Ton/ccm gegen den

55" Feuchtigkeitsgehalt aufgezeichnet wurde. Die Schüttdichte wurde dabei in der Weise festgestellt, daß der Ton direkt in einen Behälter von bekanntem Fassungsvermögen einlaufen gelassen und dann ausgewogen wurde.

Wie man sieht, steigt die Kurve in Fig. 6 stetig mit allmählich abnehmender Neigung an und flacht sich bei etwa 0,54 g/ccm ab. Dieser Punkt entspricht ungefähr 8% Feuchtigkeit. Es wurde die Erfahrung gemacht, daß bei Eingrenzung der in vorstehend be-

schriebener Art bestimmten Schüttdichte zwischen etwa 0,505 und 0,54 g/ccm die Gelierungsphase vollständig vermieden werden kann. Daher sollte der vordispergierte Ton innerhalb dieses Dichtebereichs hergestellt und dann ohne Beeinträchtigung der Viskosität und der thixotropen Eigenschaften bei höherem

Feststoffgehalt erneut dispergiert werden. In der Praxis entspricht der Wert von 0,505 g/ccm etwa einem Feuchtigkeitsgehalt von 3,5% Gehalt, und daher läßt sich das Gelieren vermeiden, wenn der vordispergierte Ton nicht unter 3,5% Feuchtigkeit heruntergetrocknet wird. Obwohl die Schüttdichte bei Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts über 8°/» hinaus vergleichsweise konstant zu bleiben scheint, macht eine höhere Feuchtigkeitsmenge den Ton aber feucht und klumpig, was im Handel unerwünscht ist, und daher soll der vordispergierte Ton vorzugsweise auf nicht mehr als 8% Feuchtigkeit getrocknet werden.

Es wurde nachgewiesen, daß durch Anwendung der Dispergiermittel und des Dispergierverfahrens für Primärton nach der Erfindung Tonschlicker erhalten werden können, die einen für das Streichen auf der Papiermaschine genügend hohen Feststoffgehalt besitzen. Darüber hinaus sind solche Schlicker auch für diesen Zweck ausreichend thixotrop, und ihre Viskositäten liegen gut zwischen den erlaubten Extremwertem. Wenn beispielsweise englischer Streichton mit dem Dispergiermittel nach der Erfindung vordispergiert und dann der Ton erneut mit hoher Rührgeschwindigkeit auf 70% Feststoffgehalt dispergieirt wurde, so ergaben sich die nachstehenden Werte, wobei die Viskosität mit einem Brookfield-Viskosimeter bei verschiedenen Geschwindigkeiten gemessen wurde.

Beispiel 4

Englischer Ton wurde einer Lösung von 0,9% Tamol N und 0,5 % TNPP, auf das Tongewicht berechnet, zugesetzt. Der Schlamm wurde getrocknet, gemahlen und erneut auf 70% Feststoffgehalt dispergiert. Der erneut dispergierte Schlicker besaß die folgenden Viskositäten, mit der Spindel Nr. 5 gemessen :

Geschwindigkeit

IO

20
So
100
50
20

IO

Viskosität in cP

3000 1900 1080

772 . 1000 1640 2600

Thixotropischer Index = 4,0. Beispiel 5

Die gleiche Maßnahme wie in Beispiel 4 wurde mit einem Dispergiermittel durchgeführt, das aus 0,8% Tamol N und 0,5 % TNPP bestand, und ergab, wieder mit der Spindel Nr. 5 gemessen, folgende Werte:

Geschwindigkeit	Viskosität in cP
IO	2200
20	1300
50	800
100	500
50	736
20	1200
IO	2000

Thixotropischer Index = 4,4.

Um einen Vergleich mit Dispersionen aus bekannten, handelsüblichen, vordrspergierten Sekundärtonen, wie z. B. der in Amerika unter der Handelsbezeichnung H. T und Lustra bekannten Tone, zu gewinnen, wurden aus ihnen nach dem Verfahren gemäß vorstehenden Beispielen 4 und 5 Schlicker mit 70% Feststoffgehalt hergestellt. Die an ihnen festgestellten Werte sind in der nachstehenden Tabelle angegeben:

Viskositätsuntersuchungen an vordispergiertem Ton [¹JO⁰J₀ Feststoffgehalt)

Geschwindigkeit (U/min) Viskosität (cP)

Tonsorte	IO	20	50	100	50	20	(10 U/min)	T. I.
H. T	1480 1400 2200	980 900 1300	544 520 800	300 300 500	440 440 736	800 700 1200	1320 I2OO 200	4»7 4,67 4,4
Lustra
Englischer Streichton

Die Tabelle beweist, daß der vordispergiarte primäre (englische) Streichton nach der Erfindung sowohl bezüglich der Dispersionsviskosität als auch bezüglich des Thixotropieindex sehr günstig konkurrieren kann.

Bei dem erneuten Dispergieren von Primärtonen sollte ein langsam laufender Rührer mit hoher Scherwirkung verwendet werden, da festgestellt wurde, daß bei Benutzung eines schnell laufenden Rührers der Schlicker Neigung zum Gelieren besitzt. Die beim Streichen auf der Papiermaschine benutzte Rührgeschwindigkeit beträgt für gewöhnlich etwa U/min, und die vorstehend beschriebenen Primärtondispersionen zeigen bei 100 U/min kein Gelieren.

Der mit dem Dispergiermittel nach der Erfindung behandelte Primärton unterliegt sowohl einer physikalischen als auch chemischen Zustandsänderung. Bezüglich des physikalischen Zustandes werden Glanz, Lackbeständigkeit, Fließeigenschaft und Bindemittel bedarf verbessert; in chemischer Beziehung scheinen die Calcium- und Ferriionen durch die Natriuniionen des Dispergiermittels ersetzt zu sein. Die physikalische Wirkung des Dispergiermittels nach der Erfindung ist aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich. Fig. 7 zeigt in 75oofacher Vergrößerung ein Mikrophoto einer i°/oigen wäßrigen Dispersion eines primären Streichtons, während Fig. 8 ein ähnliches Mikropboto gleicher Vergrößerung einer iVoigen Dispersion des gleichen, aber nach dem Verfahren und mit dem Dispergiermittel nach der Erfindung vordispergierten Primärtons zeigt. Es ist deutlich erkennbar, daß die großen Agglomerate in Fig. 7 durch das Dispergiermittel nach der Erfindung aufgebrochen und gleichförmig verteilt werden, wie es Fig. 8 zeigt.

Um die zusätzlich verbesserten Eigenschaften zu bestätigen, wurden mit dem erfindungsgemäß hergestellten Tonschlicker Streichfarben angesetzt, und

dabei wurde gefunden, daß der Bindemittelbedarf normal ist und der Glanz verbessert wird. Die nachstehenden Beispiele erläutern typische Streichfairbenansätze, von denen der eine das Verfahren und Dispersionsmittel nach der Erfindung zusammen mit Primärton und der andere einen in Amerika allbekannten, handelsüblich vordispergierten Sekundärton, der unter der Handelsbezeichnunig Lustra-Ton geführt wird, benutzt. Es können auch andere Verfahren zum Ansetzen von Streichfarben verwendet werden, und diese Beispiele sollen daher nur 'die Leistungsfähigkeit von Primärtonaufstrichen nach dem Verfahren und mit dem Dispersionsmittel nach der Erfindung im Vergleich zu einem mit üblichen Mitteln vordispergierten Sekundärton dartun.

Beispielö

Dieser Anstrich oder diese Farbe wurde durch Verwendung von Lustra-Ton, einem vordispergierten Sekundärton, hergestellt. Die Mischungsbestandteile und das Herstellungsverfahren waren wie folgt:

Die Viskosität bei 60,4% Feststoffgehalt betrug: U/min Viskosität in cP

Lustra-Ton 250,0 g

Rohe Kornstärke (Fabrikat Clinton) .. 50,0 g

Calciumcarbonat 0,75 S

Amyliq., ein verflüssigendes, ameolytisches Enzym, hergestellt von Wall erstein 0,25 g

Wasser 200,0 g

Herstellungsverfahren: Die nachstehend angegebenen Werte für Zeit, Temperatur und Zusatz geben alle erforderliche Information über das angewendete Verfahren :

Zeit-—1 Temperatur — Zusatz —> Zyklus

7pi-f-	Tempe	Zusätze	Bemerkungen
(in see)	ratur (0C)	Wasser zugegeben
O	20	CaCO3 zugegeben
40	2O	Ton zugegeben
189	2O	Stärke zugegeben	Ph = 7.5
430	20	Amyliq. zugegeben
I52I	66		S tärkegelierung
173s	71		beginnt
1845	78		S tärkegelierung
1950	78		hört auf
			Temperatur
3345	79		erhöhung
			Zeit'zur "Tempe
3600	95		raturerhöhung
			auf 9500 C
			Temperatur er
4500			niedrigt

IO	1500
20	1200
50	890
100	730
50	860
20	1190
IO	1500
ipiscbi	it Index = 2,06.
	Beispiel 7

Als Ton wurde nach dem Verfahren und mit dem Dispersionsmittel nach der Erfindung vardispergierter Primärton benutzt. Die Mischungsbestandteile und das Herstellungsverfahren waren wie folgt:

Primärton 250,0 g

Rohe Kornstärke (Clinton) 50,0 g

Amyliq. (Wa Her stein)

Wasser 200,0 g

Schließlich wurde Wasser zwecks Einstellung des Feststoffgehaltes zugesetzt und Viskosität und Feststoffgehalt bestimmt.

Die Viskosität wurde mittels Brookfield-Viskoisimeter, Spindel Nr. 3, bei 35⁰C und der Feststoffgehalt durch azeotropische Destillation bestimmt.

Wegen der Alkalinität des Primärtons brauchte kein Calciumcarbonat zwecks Einstellung der p# zugesetzt zu werden.

Das Verfahren war dem nach Beispiel 6 ähnlich.

30	Zeit (see)	Zeit — Temperatur — Zusat	Zusätze	5 — Zyklus
	O		Wasser zugegeben	Bemerkungen
35	184		Ton zugegeben
	424		Stärke zugegeben
	1534		Amyliq. zugegeben
	1727
40				Stärkegelierung
	1855			beginnt
				Temperatur er
	1968			reicht 780 C
Λ Κ				S tärkegelierung
45	3363			hört auf
				Temperatur
	3630			erhöhung
				Zeitpunkt, wo
5°				95° C erreicht
	4512			wird
				Temperatur er
		niedrigt
	Tempe ratur (0C)
20
2O
2O
65
72
78
78
79
95

Die Viskosität, mit Spindel Nr. 3 bei 25⁰C gemessen, war bei 59,5 % Feststoffgehalt die folgende:

U/min Viskosität in cP

1650 1060

600

385

550

970 1510

Der thixotropische Index war 4,4.

Es muß beachtet werden, daß zum vordispergierten Primärton kein zusätzliches Alkali zugegeben zu'

60

65 10
20
50
100
50
20

IO

werden brauchte, während dies bei dem vordispergierten Sekundärton geschah. Der Grund hierfür liegt darin, daß der vordispergierte Primärton die enzymatische Umwandlung der Rohstärke nicht beeinflußt, während der vordispergierte Sekundärton dies tut. Die aus vordispergiertem Primärton hergestellten Streichansätze erscheinen auch thixotroper als die aus vordispergiertem Sekundärton gewonnenen und sind auch unter Seherung zu niedrigerer Viskosität fähig.

Obwohl im allgemeinen Bindemittel die Viskosität der Streichfarbe über die des Tonsehlickers zu erhöhen suchen, wurde festgestellt, daß die Viskosität von Streichfarben aus Primärtondispersionen nach der Erfindung durch die verschiedenen, in Amerika im Handel erhältlichen Stärkesorten von dextrinierter bis zu oxydierter Stärke nicht unzulässig beeinflußt wird. Ebenso kann auch Casein als Bindemittel für den Ansatz von Streichfarben mit vordispergierten Primärtonen nach der Erfindung benutzt werden, ohne daß ernsthafte Verarbeitungsprobleme auftreten.

Wie aus den vorstehenden Beispielen 6 und 7 hervorgeht, sind die zum Verbinden des Primärtonstriches mit dem Papier erforderlichen Bitudemittelmengen mit den bei Sekundärtonen verwendeten Mengen vergleichbar.

Weiterhin wurde gefunden, daß an Stelle der vorstehend beschriebenen Methode die Streichfarbe auch in der Weise hergestellt werden kann, daß der vordispergierte Primärton in einen Mischer eingebracht und nacheinander Wasser, Enzym, umgewandelte Stärke und Seifenlösung zugesetzt werden-. Die Viskositäten liegen in derselben Größenordnung wie die bei der üblichen Mühlenzubereitung.

Obwohl bisher nur im besonderen von der Dispergierung von primärem Streichton gesprochen wurde, ist das Dispersionsmittel nach der Erfindung auch bei anderen Primärtonsorten wirkungsvoll, d. h., sie ergeben auch eine Erhöhung des Feststoffgehaltes und eine Verringerung der Viskosität gegenüber dem normalerweise Erreichbaren, wie aus den nachstehendien Daten über Ansätze hervorgeht, in denen verschiedene, angegebene Tonsorten in Wasser mit 1,4% Dispersionsmittel nach der Erfindung, ungefähr je zur Hälfte aus Tamol N und TNPP bestehend, auf 70% Feststoffgehalt dispergiert wurden. Die ohne Zusatz von Dispergiermitteln höchsterreichbaren Feststoffgehalte sind bei jeder Tonsorte angegeben. Die Viskositäten wurden mit einem Brookfield-Viskosimeter bei etwa 22⁰ C in Centipoisen ermittelt:

C. Hamecton (ziegelroter Farbton

nordamerikanischer Herkunft)

U/min Viskosität

A. Füllton:	Viskosität
U/min	5800
IO	3800
20	2480
80	1980
100	2240
80	2660 26,3 % Feststoff allein
20	4080
IO
B. Töpferton:	Viskosität
U/min	10400
IO	7520
20	4840
80	3840 42 % Feststoff allein
100	4576
80	6300
20	9520
IO

IO	424O
20	38OO
80	3680 45 % Feststoff allein
100	3600
80	3616
20	3640
IO	3920

D. Lundayton (dunkellohfarbene, primäre Fülltonsorte nordamerikanischer Herkunft)

U/min Viskosität

IO	I44O
20	1200
80	IO4O
100	924 40 % Feststoff allein
80	1008
20	1120
IO	1360

Die Viskositäten obiger Tonsorten bei 70% Feststoffgehalt würden offensichtlich ihre Verwendung für den Papierstrich unmöglich machen, und dieser Faktor ist noch mit Mangeln bezüglich Farbe und Struktur gekuppelt, die weiterhin zu ihrer Unbrauchbarkeit für diesen Zweck beitragen.

Es wurde demnach ein Dispergiermittel beschrieben, das primäre Tone stärker als früher bekannte Dispergiermittel dispergiert und gleichzeitig hohe Feststoffgehalte zuläßt. Die so erhaltenen Dispersionen besitzen eine niedrige Viskosität und ausgezeichnete thixotrope Eigenschaften. Mit Hilfe des neuen Dispersionsmittels wurden die ursprünglich dilatenten Fließeigenschaften von Primärtonen in thixotrope Eigenschaften umgewandelt.

Fernerhin wurde festgestellt, daß sich durch Verwendung des neuen Dispersionsmittels und durch Regelung des Schüttgewichts der Dispersion vordispergierte Primärtone herstellen lassen, bei dem das Erzeugnis beim Erhitzen, Trocknen und erneuten Dispergieren seine Theologischen Eigenschaften nicht ändert. Das Dispersionsmittel kann entweder dem Ton bei der Zubereitung der Streichfarben zugesetzt oder zur Herstellung eines vordispergierten Tons verwendet werden. Die zweite Methode ergibt Farben mit niedrigerer Viskosität.

Bekanntlich verdunkelt und schwächt Stärke den Glanz eines Anstrichs und macht das Kalandern schwierig. Fernerhin ist das Eindringvermögen für Tinte um so besser, je weniger hydrophil die Stärke ist. Wie bereits erwähnt, wurde erkannt, daß primärer Streichton mehr Bindemittel für die Haftung am Papier benötigt als sekundäre Tone. Im Gegensatz zu dieser Tatsache können für das Streichen auf der Papiermaschine geeignete Streichfarben aus Primärton zubereitet werden, die nach dem Verfahren und mit dem Dispersionsmittel nach der Erfindung dispergiert sind. Solche Streichfarben mit vergleichsweise hohem Feststoffgehalt benötigen für das Binden an das Papier keine anomalen Mengen an Bindemittel, sei es Stärke oder Casein. Die ursprüngliche Weiße des Primärtons wird durch das neue Dispersionsmittel nicht gemindert, und der Glanz wird beträchtlich verbessert.

Durch Zusatz von alkalischen Salzen über die im neuen Dispersionsmittel enthaltenen hinaus kann eine sichtliche Zunahme der Viskosität bewirkt werden,

und daher werden bei der Behandlung des vorstehend beschriebenen Tons keine weiteren Dispersionsmittel oder dispergierenden Zusätze benötigt, und tatsächlich läßt die Verwendung anderer Dispersionsmittel den Primärton sich in seinen ursprünglichen physika-Mschen Zustand zurückverwandeln.

Selbstverständlich kann erfmdungsgemäß dispergierter Ton auch für Papieraufstriche außerhalb der Papiermaschine verwendet werden.

Im vorstehenden wurden zahlreiche Beispiele für Bindemittel und ihre Herstellung, für mit diesen Dispergiermitteln hergestellte Tondispersionen und für Zubereitungen von Schlickern und Streichfarben aus erfindungsgemäß dispergieren Primärtonen zur Erläuterung, aber nicht zur Begrenzung der Erfindung beschrieben. Selbstverständlich können Abwandlungen innerhalb des Ernndungsgedankens oder -bereichs vorgenommen werden.

20

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Dispergiermittel für insbesondere zur Herstellung von Papierstreichfarbe bestimmten Primärton, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Kombination von Tetranatriumpyrophosphat und einem neutralen Salz des Kondensationsproduktes

. aus Formaldehyd und einer Sulfosäure eines aromatischen Kohlenwasserstoffs besteht.

2. Dispergiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfosäure eine Naphthalin- oder Anthrazensulfosäure ist.

3. Dispergiermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfosäure eine Naphtha linmono- oder -disulfosäure ist.

4. Dispergiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tetranatriumphosphat und das neutrale Salz je zu mindest einem Gewichtsmittel im Gemisch vorhanden sind.

5. Dispergiermittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ungefähr gleiche Gewichtsteile von Tetranatriumpyrophosphat und neutralem Salz vorhanden sind.

6. Wäßrige, thixotrope Dispersion eines Primärtons, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Dispergiermittel enthält, das aus Tetranatriumpyrophosphat und einem neutralen Salz des Kondensationsproduktes aus Formaldehyd und einer Sulfosäure eines konjugierten aromatischen Kohlenwasserstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 besteht.

7. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,4 bis 1,5 °/o Dispergiermittel, auf Tongewicht berechnet, enthält.

8. Wäßrige Dispersion eines primären Streichtons nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Feststoffgehalt von nicht unter etwa 65 Gewichtsprozent besitzt.

9. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Viskosität von nicht mehr als 800 cP, gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 100 U/min und 22⁰ C, besitzt.

10. Thixotrope Streichfarbe aus einer Suspension von primärem Streichton und einem Bindemittel in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Dispergiermittel, bestehend aus Tetranatriumpyrophosphat und einem neutralen Salz des Kondensationsproduktes aus Formaldehyd und einer Sulfosäure eines konjugierten aromatischen Kohlenwasserstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 5 enthält und einen Feststoffgehalt von nicht weniger als' etwa 60 Gewichtsprozent und eine Viskosität von nicht mehr als etwa 400 cP, gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 100 U/min und 22⁰ C, besitzt.

11. Verfahren zur Herstellung eines vordispergierten Primärtons, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Dispersion eines Primärtons nach einem der Ansprüche 6 bis 9 hergestellt und diese bis zur Erzielung einer praktisch trockenen Masse heruntergetrocknet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Tondispersion auf nicht unter 3,5 Gewichtsprozent Wassergehalt heruntergetrocknet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Tondispersion auf eine Schüttdichte von 0,505 bis 0,540 g Ton/ccm heruntergetrocknet wird.

14. Vordispergierter Primärton, der praktisch agglomeratfrei ist und dessen Teilchen praktisch gleichförmig dispergiert und verteilt sind, hergestellt nach den Verfahren der Ansprüche 11 bis 13.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

© 609 740/360 12.56