DE102004028431B3

DE102004028431B3 - Streichmasse, deren Verwendung und Verfahren zur Herstellung von gestrichenen Papieren

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Publication number: DE102004028431B3
Application number: DE200410028431
Authority: DE
Inventors: Christoph Baumeister; Günter Wimmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-06-15

Abstract

Beschrieben wird eine Streichmasse zur Beschichtung von Papieroberflächen, enthaltend a) mindestens ein Bindemittel, b) mindestens ein Pigment, c) mindestens ein Kammpolymer, abgeleitet von einem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymer, dessen Seitenketten von ethylenisch ungesättigten und siliziumorganischen Gruppen enthaltenden Monomeren abgeleitet sind, und d) gegebenenfalls weitere an sich übliche Zusätze. DOLLAR A Durch den Zusatz von Komponente (c) lassen sich Opazität und Weiße von gestrichenen Papieren verbessern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Streichmasse zur Behandlung der Oberfläche von Papieren, die Verwendung ausgewählter Blockcopolymerer zur Herstellung von gestrichenen Papieren mit verbesserter Weiße und Opazität sowie ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenen Papieren.

Aus Kostengründen sowie zur Resourcenschonung werden für übliche Druckverfahren, wie Format-, Rollenoffset- und Tiefdruck, immer leichter gestrichene Druckpapiere eingesetzt. Diese Gewichtsreduzierung führt allerdings zu einer Verringerung der Opazität, also einem verstärkten Durchscheinen des rückseitigen Druckbildes und somit zu einer Beeinträchtigung des visuellen Druckbildes.

Es ist deshalb erforderlich, das Deckvermögen des Rohpapiers und des Striches zu erhöhen. Dies könnte beispielsweise durch den Einsatz von Pigmenten mit sehr hohem Brechungsindex erfolgen, beispielsweise von Pigmenten auf der Basis von Titandioxid. Diese Lösung erscheint in vielen Fällen aus Kostengründen für Massenprodukte als nicht geeignet.

Einen weiteren Ansatz für die Erhöhung des Deckvermögens des Rohpapiers und des Striches könnte der Einsatz von Pigmenten mit höherem Streukoeffizienten darstellen, beispielsweise der Einsatz von calcinierten Kaolinen bzw. von präzipitierten oder natürlichen Calciumcarbonaten mit sehr enger Korngrössenverteilung. Insbesondere nassvermahlene Calciumcarbonate mit enger Korngrössenverteilung werden in großem Umfang bei der Formulierung von Streichfarben mit verbesserter Deckfähigkeit eingesetzt. Die Herstellung solcher Pigmente ist jedoch aufgrund der veränderten Prozessführung mit sehr niedrigen Mahlkonzentrationen bei der Nassmahlung sowie der Notwendigkeit, die erhaltenen Pigmentdispersionen mittels Vakuumverdampfung auf praktikable Feststoffgehalte von mindestens 70% eindampfen zu müssen, sehr aufwendig. Zudem benötigen Pigmente mit enger Korngrössenverteilung in der Regel mehr Bindemittel.

Silanolgruppen enthaltende Polyvinylalkohole sind für die Behandlung von Papieren bereits eingesetzt worden. Ein Beispiel für derartige Polymere sind die sogenannten R-Polymere der Firma Kuraray Co., Ltd. (www.poval.jp/english/poval/s grades/sg r.html). Diese Polymere werden zum Einsatz als Pigmentbindemittel für Formulierungen zur Ausrüstung von Papieren für den Tintenstrahldruck vorgeschlagen. Diese Beschichtungsmittel enthalten poröse Kieselgele und die Modifikation mit R-Polymer gestattet den Einsatz von vergleichsweise geringen Mengen an Polyvinylalkohol. Dieses ist erwünscht, da der Polyvinylalkohol die Poren verstopft, was einen ungünstigen Einfluß auf die Bedruckbarkeit des Papiers zur Folge hat. Die mit R-Polymeren ausgerüsteten Papiere für den Tintenstrahldruck zeichnen sich durch Verbesserung der Tintenaufnahme infolge der geringeren Bedeckung der Kieselsäure mit Bindemittel aus. R-Polymere sind auch bereits zur Beschichtung von Trennpapieren vorgeschlagen worden. Als vorteilhaft wird hier angesehen, daß die damit hergestellten Beschichtungen mit den im Papier enthaltenden Aluminiumionen reagieren und eine Vernetzung zwischen Papieroberfläche und Beschichtung bewirken. Auch der Einsatz der R-Polymeren als Primer für Pappen auf der Basis von Calciumsilikat ist bereits bekannt. In der DE 195 29 661 C1 werden Papierstreichmassen beschrieben, die lineare, wasserlösliche Polydipolverbindungen, sogenannte polymere Lewisbasen, enthalten.

Der Einsatz von Kammpolymeren enthaltend Seitenketten mit Siliziumgruppen wird nicht offenbart.

Ausgehend von diesem Stand der Technik bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Streichmasse für Papiere, mit der gestrichene Papiere mit verbesserter Weiße und Opazität erhalten werden können, und das den Einsatz von vergleichsweise geringen Mengen an Streichmasse erfordert.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung gestrichener Papiere, das im Vergleich zu vorbekannten Verfahren beim Auftrag gleicher Mengen an Pigment zu Papieren mit verbesserter Opazität und Weiße führt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Zugabe ausgewählter Siliziumgruppen enthaltender Polymerer zur Streichmasse gelöst.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Streichmasse zur Beschichtung von Papieroberflächen enthaltend a) mindestens ein Bindemittel, b) mindestens ein Pigment, c) mindestens ein Kammpolymer abgeleitet von einem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymer, dessen Seitenketten von ethylenisch ungesättigten und Siliziumgruppen enthaltenden Monomeren abgeleitet sind, und d) gegebenenfalls weitere an sich übliche Zusätze.

Bei Komponente a) handelt es sich um üblicherweise in Streichmassen eingesetzte Bindemittel oder um Gemische davon. Beispiele für Bindemittel sind mit Schutzkolloid und/oder mit Emulgator stabilisierte Dispersionen abgeleitet von ethylenischungesättigten Monomeren, insbesondere Styrol-Butadien Dispersionen, Styrol-Acrylat Dispersionen oder Dispersionen der Polyvinylacetathomo- oder copolymeren, wie von Polyvinylacetat-ethylen-copolymer, sowie Hydroxylgruppen enthaltende Polymere, wie Polyvinylalkohol und Stärke.

Bei Komponente b) handelt es sich um üblicherweise in Streichmassen eingesetzte Pigmente oder um Gemische davon. Beispiele für Pigmente sind Calciumcarbonat, Kaolin, Schwerspat und Titandioxid. Bevorzugt wird Calciumcarbonat, insbesondere Calciumcarbonat oder Mischungen enthaltend Calciumcarbonat.

Besonders günstige Effekte werden bei der Verwendung von Pigmenten, insbesondere von Calciumcarbonat erzielt, die eine mittlere Korngröße von 0,1 bis 1,5 μm aufweisen. Auch Pigmentmischungen enthaltend Calciumcarbonat mit dieser mittleren Korngröße werden bevorzugt.

Bei Komponente c) handelt es sich um ausgewählte Kammpolymere abgeleitet von einem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymer, dessen Seitenketten von ethylenisch ungesättigten und Siliziumgruppen enthaltenden Monomeren abgeleitet sind. Das wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polymer bildet dabei das Polymerrückgrat des Kammpolymeren und die Seitengruppen des Kammpolymeren enthalten Siliziumgruppen.

Das das Polymerrückgrat der Komponente c) aufbauende Polymer ist wasserlöslich oder wasserdispergierbar. Unter wasserlöslich ist im Rahmen dieser Beschreibung eine Löslichkeit in Wasser von 25°C von mindestens 30 g Polymer in 100 g Wasser zu verstehen. Unter wasserdispergierbar sind im Rahmen dieser Beschreibung Polymere zu verstehen, die zwar eine geringere Löslichkeit in Wasser aufweisen, die aber wässrige Dispersionen auszubilden vermögen.

Typische Polymerrückgrate sind hydroxylgruppenhaltige Polymere, wie polymere und wasserlösliche oder wasserdispergierbare Naturstoffe, z.B. wasserlösliche Stärke, Gummi Arabicum, Alginate oder Traganth; polymere und wasserlösliche oder wasserdispergierbare modifizierte Naturstoffe, wie Methyl-, Ethyl-, Hydroxyethyl- oder Carboxymethylcellulose oder mittels gesättigter Säuren oder Epoxiden modifizierte Stärke; polymere und wasserlösliche oder wasserdispergierbare synthetische Substanzen, wie Polyvinylalkohol (mit oder ohne Restacetatgruppengehalt) oder teilweise veresterter oder acetalisierter oder mit gesättigten Resten veretherter Polyvinylalkohol; sowie Polypeptide, wie Gelatine, aber auch Polyvinylpyrrolidon oder Poly(meth-)acrylsäure.

Als Siliziumgruppen enthaltende ethylenisch ungesättigte Monomere, mit denen die oben beschriebenen Polymeren modifiziert werden können, lassen sich sämtliche radikalisch polymerisierbaren Monomeren einsetzen, die neben einer ethylenisch ungesättigten Gruppe mindestens eine Siliziumgruppe enthalten. Unter Siliziumgruppen sind im Rahmen dieser Beschreibung siliziumorganische Gruppen, Siliziumwasserstoffgruppen, Reste der Kieselsäure, Siliziumhalogengruppen oder einwertige Reste zu verstehen, bei denen ein Siliziumatom Kombinationen von organischen Gruppen, Halogenatomen, Hydroxylgruppen und/oder Wasserstoffatomen aufweist.

Beispiele für derartige Monomere sind Verbindungen der allgemeinen Formel CH₂=CR¹-(X)_x-Si(Y)_y(Z)_z, worin R¹ für H oder Methyl steht, X eine gegebenenfalls vorhandene Brückengruppe, insbesondere Alkylen oder Arylen ist, Y und Z unabhängig voneinander organische Gruppen, Halogenatome, Wasserstoff oder Hydroxylgruppen darstellen, insbesondere Chloratome, Alkyl- oder Alkoxygruppen, x 0 oder 1 ist und y und z unabhängig voneinander ganze Zahlen zwischen 0 und 3 bedeuten, wobei die Summe von y und z jeweils 3 ist.

Beispiele für bevorzugte Monomere sind Verbindungen der allgemeinen Formel CH₂=CR¹-(CH₂)_0-1-Si(CH₃)_0-2(OR¹)_3-1 oder CH₂=CR²CO₂-(CH₂)_1-3-Si(CH₃)_0-2(OR¹)_3-1 wobei R¹ die oben angegebene Bedeutung besitzt und R² ein unverzweigter oder verzeigter, gegebenenfalls substituierter Alkylrest mit drei bis zwölf Kohlenstoffatomen ist, der gegebenenfalls durch eine Ethergruppe unterbrochen sein kann.

Besonders bevorzugte Beispiele für Monomere sind Vinylmethyl-trichlor-silan, Vinylmethyl-dimethoxy-silan, Vinylmethyl-diethoxy-silan, Vinylmethyl-di-n-propoxy-silan, Vinylmethyl-di-iso-propoxy-silan, Vinylmethyl-di-n-butoxy-silan, Vinylmethyl-di-sec.-butoxy-silan, Vinylmethyl-di-tert.-butoxy-silan, Vinylmethyl-di-(2-methoxy-isopropyloxy)-silan und Vinylmethyl-dioctyloxy-silan, Vinyltrimethoxysilan und ganz besonders Vinyltriethoxysilan.

Bei Komponente d) handelt es sich um üblicherweise in Streichmassen eingesetzte Zuschlagstoffe. Beispiele dafür sind optische Aufheller, wie 4,4'-Diaminostilbendisulfonsäurederivate, Konservierungsmittel, Dispergiermittel, wie Natriumpolyacrylate, Gleitmittel, wie langkettige Natrium-, Ammonium- oder Calciumcarboxylate, z.B. Stearate, Entschäumer, Entlüfter oder pH-Regulatoren, wie Natronlauge oder Ammoniak, sowie Vernetzer bzw. Härtungsmittel für das Bindemittel, wie Melamin-Formaldehyd-Harze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Glyoxal bzw. Glyoxalderivate oder Polyglycidether.

Die efindungsgemäße Streichmasseenthält neben den Komponenten a) bis c) und gegebenenfalls d) als Dispergiermittel Wasser. Der Feststoffanteil beträgt üblicherweise mindestens 45 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmasse, vorzugsweise 50 bis 65 Gew. %.

Der Anteil von Komponente a) in der erfindungsgemäßen Streichmasse beträgt typischerweise 4 bis 15 Gew. %, vorzugsweise 5 bis 9 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmenge der Streichmasse.

Der Anteil von Komponente b) in der erfindungsgemäßen Streichmasse beträgt typischerweise 80 bis 95 Gew. %, vorzugsweise 90 bis 94 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmenge der Streichmasse.

Der Anteil von Komponente c) in der erfindungsgemäßen Streichmasse beträgt typischerweise 0,1 bis 5 Gew. %, vorzugsweise 0,5 bis 1 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmenge der Streichmasse.

Der Anteil von Komponente d) in der erfindungsgemäßen Streichmasse beträgt typischerweise 0,2 bis 2,0 Gew. %, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmenge der Streichmasse.

Die Rezeptur der Streichformulierung kann ansonsten nach weiteren Erfordernissen weitgehend frei gewählt werden.

Als Binder (Komponente a)) dienen vorzugsweise die weitverbreiteten Dispersionsbinder auf der Basis von Acrylaten und Methacrylaten, vorzugsweise Styrol-(Meth)acrylate, auf der Basis von Butadien-Copolymeren, vorzugsweise Butadien-Styrol-Copolymeren, sowie Dispersionsbinder auf der Basis von Polyvinylacetaten, vorzugsweise von Vinylacetat-Ethylen-Copolymer und/oder auch die Komponenten Polyvinylalkohol, Stärke und Carboxymethylcellulose.

Bevorzugt ist die Zugabe eines mit ethylenisch ungesättigten und siliziumorganische Gruppen enthaltenden Monomers modifizierten Polyvinylalkohols, besonders eines teilverseiften Polyvinylalkohols, insbesondere mit Verseifungsgraden zwischen 75 und 90.

Anstelle davon kann als Grundlage für das modifizierte Polymer bevorzugt auch ein vollverseifter Polyvinylalkohol eingesetzt werden.

Besonders bevorzugt werden mit Vinyltriethoxysilan modifizierte, teilverseifte, nieder- bis mittelviskose Polyvinylalkohole als Komponente c) zur Streichformulierung zugegeben, insbesondere modifizierte Polyvinylalkohole, die einen Viskositätsbereich zwischen 3 und 40 mPasec, bevorzugt zwischen 3 und 15 mPasec aufweisen. Diese Viskosität wird bei 20°C in einer 4%-igen wässrigen Lösung gemessen.

Ganz besonders bevorzugt werden als Komponente c) Polyvinylalkohole mit kurzen Seitenketten abgeleitet von siliziumorganischen Gruppen eingesetzt, sogenannte Kammpolymere.

Bevorzugt werden den Streichformulierungen je 100 Gewichtsteilen Pigment 0,3 bis 3 Gewichtsteile an Komponente c) zugegeben.

Als Pigment dient vorzugsweise Calciumcarbonat in einem Anteil von 50 bis 100% und einem mittleren Korndurchmesser von 0,1 bis 1,5 μm, aber auch Kaolin und Mischungen aus diesen beiden Pigmenten.

Die erfindungsgemäße Streichformulierung kann durch Zusammenmischen der einzelnen Komponenten a) bis c) und gegebenenfalls d) in an sich bekannter Weise hergestellt werden.

Komponente c) (silaniertes Polymer) kann bereits bei der Herstellung der Pigmentaufschlämmung („Pigmentslurry") zugegeben werden und anschließend mit Komponenten a) und gegebenenfalls d) kombiniert werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verbesserung der Opazität und Weiße von Papieren. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Behandlung mindestens einer Oberfläche des Papiers mit der oben definierten Streichmasse.

Der Auftrag der erfindungsgemäßen Streichmasse beträgt typischerweise 3 bis 25 g/m², vorzugsweise 6 bis 20 g/m².

Als Substrat für die Beschichtung mit der erfindungsgemäßen Streichmasse eignen sich grundsätzlich alle Papiere einschließlich Kartons und Pappen.

Die Beschichtung des Papiers mit der erfindungsgemäßen Streichmasse kann mit bekannten Verfahren erfolgen. Beispiele dafür sind das an sich bekannte Curtain-Coating-Verfahren, bei dem die Streichfarbe auf die Papieroberfläche aufdosiert wird, oder auch das Rakelverfahren, bei dem der Überschuß der mit Hilfe einer Rakel aufgebrachten Streichfarbe nach dem Abrakeln zurückgeführt und wieder eingesetzt wird. Weitere mögliche Beschichtungsverfahren sind das Aufbringen der Streichfarbe über Filmpressen oder volumetrische Dosierverfahren mittels gewickelter oder gefräster Rollrakel.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich durch Messung der Opazität und der Weiße so hergestellter Papiere aufzeigen, die bei ansonsten gleicher Rezeptur und Verfahrensweise durch die erfindungsgemäße Zugabe des silanierten Polymers zur Streichformulierung hergestellt wurden, wie das an einigen nachfolgenden Beispielen aufgezeigt wird.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung von wasserlöslichen Polymeren, die mit ethylenisch ungesättigten und siliziumorganischen Gruppen enthaltenden Monomeren gepfropft worden sind zur Verbesserung der Opazität und Weiße von Papieren.

Überraschenderweise hat sich ergeben, dass die erfindungsgemäßen Streichformulierungen bei gleichem Einsatzpigment eine signifikant schmalere effektive Korngrößenverteilung aufweisen als Streichformulierungen mit gleicher Rezeptur ohne Zusatz silanierter Polymerer. Auch der Mittelwert der effektiven Korngrößenverteilung sinkt.

Diese effektive Korngrößenverteilung wird mittels elektroakustischer Spektroskopie bestimmt, wie z.B. durch A.S. Dukhin und P.J. Goetz in Adv.Coll.Interface Sc., 92 (2001), 73-132 beschrieben wird. Dieses Messprinzip ist durch den AcoustoSizer II cv2.20 von Colloidal Dynamics Pty.Ltd., Australian Technology Park, Eveleigh (Sidney) technisch nutzbar.

Die überraschende Wirkung der erfindungsgemäß eingesetzten silanierten Polymeren auf Opazität und Weiße kann zumindest teilweise durch die Veränderung der effektiven Korngrößenverteilung des eingesetzten Pigments erklärt werden.

In den Beispielen wird das durch Messungen mittels AcoustoSizer gezeigt. Die Messwerte d15 μm, d50 μm und d85 μm geben dabei die Korngrößen in μm an, die in der Summenhäufigkeitskurve der Korngrößenverteilung die Obergrenzen für 15, 50 und 85 % Anteil bilden.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne diese zu begrenzen.
Die Beispiele zeigen jeweils eine Streichformulierung nach dem Stand der Technik unter der Bezeichnung „Standard" und unter „Versuch" eine erfindungsgemäße Streichformulierung unter Zugabe von silangepfropftem Polyvinylalkohol.
Vor diesen Beispielen wird die Herstellung eines silangepfropften Polyvinylalkohols (=PVOH ) beschrieben, der in den Versuchen verwendet wird. Unter PVOH 5-88 ist dabei ein PVOH einer Viskosität 5 mPasec (25°C, 4 %-ige wässrige Lösung) und eines Hydrolysegrades von 88 % zu verstehen.
Beispiel 1 zeigt dann eine erfindungsgemäße Streichformulierung für holzhaltiges Papier im Vergleich zu einer Streichformulierung nach dem Stand der Technik. Durch die erfindungsgemäße Verwendung des silangepfropften Polyvinylalkohols kann auch der Latexanteil in der Streichformulierung von 10 auf 7% gesenkt werden. Es ergibt sich ein deutlicher Anstieg von Weiße und Opazität, die effektive Partikelgrößenverteilung ist deutlich schmäler, wie an der Differenz zwischen dem d85 und dem d15-Wert zu sehen ist, der Mittelwert bei d50 hat sich verringert.
Beispiel 2 zeigt Formulierungen für Vor- und Deckstrich mit zwei unterschiedlichen Pigmenten in den Vergleichsbeispielen. Standard 1 verwendet ein Pigment mit schmalerer Korngrößenverteilung, wird aber dann im ertindungsgemäßen Versuch trotz breiterer Ausgangskorngrößenverteilung in allen Parametern übertroffen.
Ähnlich Ergebnisse zeigen auch Beispiel 3 und 4, diesmal mit Kaolinzusatz zum Calciumcarbonat.
In den Beispielen wurden folgende Komponenten bzw. Rohstoffe der Streichmassen eingesetzt:
Calciumcarbonat
Hydrocarb 90 ist ein nassgemahlenes natürliches Calciumcarbonat (GCC) mit einem Partikelanteil von 90% kleiner 2 μ. Die Partikelgröße wurde mittels eines Sedigraphen ermittelt. Calciumcarbonat ist ein eher rundliches Pigmentpartikel, das vor allem durch seine Korngrößen und Korngrößenverteilung charakterisiert wird. Es gibt verschiedene Standardtypen an Calciumcarbonat. Nachfolgend sind die gebräuchlichsten Typen mit Markennamen der Firmen Omya und Imerys aufgeführt:
Hydrocarb 60, Carbital 60
60 Prozent der Partikel haben eine Korngröße kleiner 2 μm
Hydrocarb 90, Carbital 90
90 Prozent der Partikel haben eine Korngröße kleiner 2 μm
Setacarb, Carbilux
90 Prozent der Partikel haben eine Korngröße kleiner 1 μm
Covercarb, Opacarb
Diese Pigmente haben eine sehr enge Korngrößenverteilung mit geringeren Unterschieden zwischen den kleinsten und den größten Pigmentpartikeln. Der Zweck besteht darin, eine höhere Opazität als bei Standardpigmenten zu erreichen.
Kaolin
Kaolin ist ein plättchenförmiges Pigment, das vor allem durch Glanz; Helligkeit und den shape factor charakterisiert wird. Der shape factor repräsentiert das Verhältnis von Oberflächendurchmesser zur Dicke des Kaolinplättchens. Amazon plus ist ein Standardkaolin der Firma Imerys.
Latex
Der Latex (Styrol-Acrylatlatex oder Styrol-Butadienlatex) ermöglicht sowohl die Abbindung der verschiedenen Rohstoffe innerhalb der Streichformulierung, als auch zwischen der Streichformulierung und dem Substrat (Papier oder Karton) auf dem diese aufgetragen wird. Die durchschnittliche Größe der einzelnen Binderpartikel beträgt durchschnittlich ca. 0,14 μm. Allerdings reduziert ein zu hoher Bindemittelanteil die Opazität und den Glanz signifikant. Das Bindemittel migriert innerhalb der Streichformulierung sehr leicht, was zu Binderagglomerationen führen kann und wiederum die Qualität des Papiers oder Kartons negativ beeinflusst. Als Faustregel gilt: Je niedriger der Festkörpergehalt der Streichformulierung, desto höher ist die Gefahr der Bindermigration. In den heutigen Standardrezepturen werden durchschnittlich ca. 8-14 Teile Kunststoffbinder eingesetzt. Styronal oder Acronal sind Markennamen der Firma BASF. Hier handelt es sich um Styrol-Acrylatlatex. Die DL Typen der Firma Dow Chemicals basieren auf der Styrol-Butadien-Technologie.
Stärke
Stärke ist ein weiteres gängiges natürliches Bindemittel, das beispielsweise aus Mais oder Kartoffeln gewonnen wird. Stärke wird auch in der Papiermasse als Bindemittel als auch bei der Oberflächenleimung verwendet. Stärke wird eingesetzt um die Bindekraft des Kunststoffbinders zu erhöhen. Darüber hinaus erhöht die Stärke die Wasserretention der Streichformulierung sowie die Steifigkeit des Papiers oder Karton. Allerdings wirkt sich die Stärke negativ auf den Glanz des Fertigproduktes aus. Außerdem bilden sich häufig Stärke Agglomerate die wiederum problematisch am Auftragsaggregat sind und zu Rakelstreifen etc. führen können. Der Typ C-Film 07311 wird von der Firma Cerestar hergestellt.
Aufheller
Beim Aufheller handelt es sich um sogenannte Tetrasulfonsäuretypen auf Basis Stilben. Die Blancophor Aufheller werden von Ciba hergestellt.
Polyvinylalkohol
Polyvinylalkohol ist ebenso ein sehr effektives Bindemittel. Der Vorteil des PVOH's liegt darin, das er wenig negative Effekte auf Laufeigenschaften, Rheologie und die spätere Qualität des Endproduktes hat. Allerdings haben die hochmolekulareren Typen einen sehr negativen Einfluss auf die Rheologie. Es wäre vorteilhaft höhermolekularere Typen aufgrund ihrer signifikant höheren Bindekraft einzusetzen, jedoch wegen der genannten Problematik ist dies bisher nicht möglich. Die Mowioltypen werden von der Firma Kuraray hergestellt.
Verdicker
Verdicker gibt es als natürliche Polymere wie Carboxymethylcellulose (CMC) oder als Acrylatverdicker. Verdicker werden überwiegend eingesetzt um die high und low shear Viskosität zu kontrollieren. Verdicker erhöhen die high shear Viskosität, was zu schlechteren Laufeigenschaften des Auftragsaggregates führt. Des Weiteren führt der Einsatz von Verdickern zu einem schlechteren Fließverhalten der Streichformulierung, da sich oberhalb kritischer Festkörpergehalte so genannte Pigmentdomänen bilden. Aus den genannten Gründen führt der Einsatz von Verdickern zu inhomogenen Streichformulierungen. Acrylatverdicker werden beispielsweise von BASF, CMC von der finnischen Noviant Group hergestellt.
Natronlauge oder Ammoniak
Mit Natronlauge (NaOH) oder Ammoniak wird der pH-Wert der Streichformulierung auf einen alkalischen Wert eingestellt. Wurde früher sauer gefahren, hat sich nach der Einführung des Calciumcarbonats eine alkalische Fahrweise als wesentlich vorteilhafter bewährt. Üblicherweise liegt der pH-Wert zwischen 8,5 und 9. Die meisten Hersteller bevorzugen Natronlauge zur pH-Wert Regulierung, da bei Einsatz von Ammoniak freier Ammoniak abgespalten wird.
Erläuterung der in den Beispielen durchgeführten Messverfahren
Opazitätsmessung
Die Opazität eines Papiers hängt von der Lichtdurchlässigkeit des Papiers ab. Wenn das gesamte Licht durch das Papier dringt ist die Opazität genau Null, wenn das gesamte eingestrahlte Licht zurückgestrahlt wird ist die Opazität 100 Prozent.
Die Opazitätsmessung wurde standardmäßig mit einem Konica Minolta Spektrophotometer Typ 3700D bei einer Wellenlänge von 572 nm durchgeführt. Dabei wurde die Reflexion eines Papiers über einem schwarzen Substrat R₀, sowie über der eines unendlich dicken Papierstapels R_∞ gemessen. Tatsächlich wurde für die Messung ein weißes Substrat benützt.
R₀ / R_∞·100 ist dann die Opazität.
Weißemessung
Die Weißemessung erfolgte ebenfalls mittels des Konica Minolta Spektrophotometers Typ 3700D, wobei die Probe mittels diffusen Lichts bei 457nm von allen Seiten beleuchtet wurde und das zurückgestrahlte Licht in einer Ulbrichschen Kugel bei Aufsicht im Vergleich zu einem Magnesiumoxid Standard ermittelt wurde.
Glanzmessung
Die Glanzmessung erfolgte mit einem Lehmanngerät, wobei das im Verhältnis zu einer schwarzen, polierten Glassplatte bei 75° Einfallswinkel von der Probe zurückgestrahlte Licht ebenfalls bei 75° mittels einer Blende als Glanzwert registriert wurde.
Beispiel: Herstellung des Silangepfropften PVOH:
Die in weiteren Beispielen verwendete Type 265 basierte auf PVOH 8-88, Type 266 basierte auf PVOH 15-88.
Beispiel 1: Streichformulierung 1 (light weight coated holzhaltig)
Beispiel 2: Streichformulierung 2 (Vor- und Deckstrich)
Beispiel 3: Streichformulierung 3 (Einfachstrich holzfrei)
Optische Eigenschaften
Beispiel 4: Streichformulierung 4 (Einfachstrich holzfrei)
Partikelgrößenverteilung

Claims

Streichmasse zur Beschichtung von Papieroberflächen enthaltend a) mindestens ein Bindemittel, b) mindestens ein Pigment, und c) mindestens ein Kammpolymer abgeleitet von einem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymer, dessen Seitenketten von ethylenisch ungesättigten und Siliziumgruppen enthaltenden Monomeren abgeleitet sind.
Streichmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Komponente d) weitere an sich übliche Zusätze enthält.
Steichmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente a) eine mit Schutzkolloid und/oder mit Emulgator stabilisierte Dispersion abgeleitet von ethylenisch-ungesättigten Monomeren, insbesondere eine Styrol-Butadien Dispersion und/oder eine Styrol-Acrylat Dispersion und/oder eine Dispersion der Polyvinylacetathomo- oder copolymeren und/oder ein Hydroxylgruppen enthaltendes Polymer, insbesondere Polyvinylalkohol und/oder Stärke, ist.
Streichmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente b) ein Pigment mit einer mittleren Korngröße von 0,1 bis 1,5 μm ist.
Streichmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente b) Calciumcarbonat oder eine Mischung enthaltend Calciumcarbonat ist, vorzugsweise Calciumcarbonat mit einer mittleren Korngröße von 0,1 bis 1,5 μm.
Streichmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente c) ein Kammpolymer ist, dessen Polymerrückgrat ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus hydroxylgruppen-haltigen Polymeren, die polymere und wasserlösliche oder wasserdispergierbare Naturstoffe sind, aus polymeren und wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren modifizierten Naturstoffen, aus polymeren und wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren synthetischen Substanzen, aus Polypeptiden, aus Polyvinylpyrrolidon und/oder Poly(meth-)-acrylsäure.
Streichmasse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente c) ein Kammpolymer ist, dessen Polymerrückgrat Polyvinylalkohol oder teilweise veresterter oder acetalisierter oder mit gesättigten Resten veretherter Polyvinylalkohol ist.
Streichmasse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente c) ein Kammpolymer ist, dessen Seitenketten sich von Verbindungen der allgemeinen Formel CH₂=CR¹-(X)_x-Si(Y)_y(Z)_z ableiten, worin R¹ für H oder Methyl steht, X eine gegebenenfalls vorhandene Brückengruppe, insbesondere Alkylen oder Arylen ist, Y und Z unabhängig voneinander organische Gruppen, Halogenatome, Wasserstoff oder Hydroxylgruppen darstellen, insbesondere Chloratome, Alkyl- oder Alkoxygruppen, x 0 oder 1 ist und y und z unabhängig voneinander ganze Zahlen zwischen 0 und 3 bedeuten, wobei die Summe von y und z jeweils 3 ist.
Streichmasse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente c) ein Kammpolymer ist, dessen Seitengruppen sich von Vinyltriethoxysilan ableiten.
Streichmasse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente c) ein mit ethylenisch ungesättigten und siliziumorganische Gruppen enthaltendem Monomer modifizierter Polyvinylalkohol ist, besonders ein teilverseifter Polyvinylalkohol mit Verseifungsgraden zwischen 75 und 90.
Verfahren zur Verbesserung der Opazität und Weiße von Papieren umfassend die Beschichtung mindestens einer Oberfläche des Papiers mit einer Streichmasse nach Anspruch 1.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Papiers mit dem Curtain-Coating-Verfahren, dem Rakelverfahren, dem Aufbringen über Filmpressen, über volumetrische Dosierverfahren oder mittels gewickeltem oder gefrästem Rollrakel durchgeführt wird.
Verwendung von Kammpolymeren mit Polymerrückgrat aus wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymeren, die von ethylenisch ungesättigten und siliziumorganischen Gruppen enthaltenden Monomeren abgeleitete Seitengruppen aufweisen, zur Verbesserung der Opazität und Weiße von Papieren.