DE10209448A1 - Wäßrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung zur Herstellung füllstoffhaltiger Papiere - Google Patents

Wäßrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung zur Herstellung füllstoffhaltiger Papiere

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Abstract

Wäßrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind, und die erhältlich sind durch Behandeln von wäßrigen Anschlämmungen feinteiliger Füllstoffe mit mindestens einem Bindemittel für Papierstreichfarben, Herstellung der wäßrigen Anschlämmungen und ihre Verwendung als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, füllstoffhaltigem Karton oder füllstoffhaltiger Pappe durch Entwässern des Papierstoffs.

Description

  • Die Erfindung betrifft wäßrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, füllstoffhaltigem Karton und füllstoffhaltiger Pappe.
  • Aus der DE-B-25 16 097 ist bekannt, daß man wäßrige Suspensionen von anorganischen Teilchen, die ein positives Zetapotential aufweisen, mit einem anionischen Latex eines Harzes mischt, wobei das Gleichgewicht der negativen und positiven Ladungen der Teilchen des anorganischen Stoffes in der Suspension und des Harzes in dem Latex beim Vermischen so eingestellt wird, daß im wesentlichen alle Harzteilchen an die Oberfläche der Teilchen des anorganischen Stoffes gebunden werden und die so erhaltenen beschichteten Teilchen ein Zetapotential von im wesentlichen 0 aufweisen. Die Behandlung der anorganischen Teilchen mit einem Latex setzt jedoch voraus, daß die anorganischen Teilchen mit einem kationischen Mittel, wie kationischer Stärke, vorbehandelt werden, damit sie ein positives Zetapotential haben. Die wäßrigen Suspensionen werden bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier dem Papierstoff zugesetzt.
  • Um hochkonzentrierte wäßrige Pigmentanschlämmungen wie Calciumcarbonat-Slurries mit niedriger Viskosität herzustellen, benötigt man ein Dispergiermittel, z. B. niedrigmolekulare Polyacrylsäuren, vgl. EP-A-0 002 771. Die dispergierten Pigmentteilchen haben eine anionische Oberflächenladung. Die wäßrigen Pigmentanschlämmungen werden beispielsweise bei der Herstellung von Papier verwendet. Für diesen Zweck verwendet man außerdem auch wäßrige Dispersionen von präzipitiertem Calciumcarbonat, das üblicherweise in Abwesenheit von Dispergiermitteln verarbeitet wird.
  • Aus der EP-B-0 573 458 ist ein Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Aufschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind, für die Herstellung füllstoffhaltiger Papiere bekannt. Bei diesem Verfahren gibt man zunächst zu einer wäßrigen Aufschlämmung von Füllstoffen einen kationischen Verfestiger für Papier und danach einen nicht- ionischen und/oder anionischen Verfestiger für Papier oder auch ein nichtionisches oder anionisches Leimungsmittel für Papier.
  • Die kationischen Einsatzstoffe werden jedoch immer in einer solchen Menge eingesetzt, daß die feinteiligen Füllstoffe eine kationische Ladung tragen.
  • Aus der DE-A-198 21 089 ist anderes Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen bekannt, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind. Bei diesem Verfahren behandelt man eine wäßrige Anschlämmung von von Füllstoffen in Abwesenheit von kationischen Verfestigern für Papier mit mindestens einem Polymerleimungsmittel in Form einer wäßrigen Dispersion. Solche Dispersionen enthalten jedoch immer polymere Emulgatoren, z. B. abgebaute Stärken oder synthetische Polymere.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere wäßrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen zur Verfügung zu stellen, die bei der Papierherstellung gegenüber den bekannten Anschlämmungen Papiere mit einer verbesserten Reißlänge und Bedruckbarkeit ergeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit wäßrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind, wobei die Anschlämmungen erhältlich sind durch Behandeln von wäßrigen Anschlämmungen feinteiliger Füllstoffe mit mindestens einem Bindemittel für Papierstreichfarben.
  • Die wäßrigen Anschlämmungen enthalten beispielsweise 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-% mindestens eines feinteiligen Füllstoffs. Die Menge an Bindemittel beträgt beispielsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf Füllstoffe.
  • Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung der wäßrigen Anschlämmungen, wobei man zu einer wäßrigen Anschlämmung mindestens eines feinteiligen Füllstoffs 0,1 bis 5 Gew.-% mindestens eines Bindemittels für Papierstreichfarben, bezogen auf Füllstoff, zusetzt oder die wäßrige Anschlämmung mindestens eines feinteiligen Füllstoffs in eine wäßrige Dispersion eines Bindemittels für Papierstreichfarben einträgt und die Bestandteile jeweils mischt. Die Molmasse der in den Bindemitteln für Papierstreichfarben enthaltenen Emulgatoren beträgt < 2000.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der oben beschriebenen wäßrigen Anschlämmungen als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, füllstoffhaltigem Karton oder füllstoffhaltiger Pappe durch Entwässern des Papierstoffs.
  • Als Füllstoffe kommen alle üblicherweise in der Papierindustrie einsetzbaren Pigmente in Betracht, z. B. Calciumcarbonat, das in Form von Kalk, Kreide, Marmor oder präzipitiertem Calciumcarbonat eingesetzt werden kann, Talkum, Kaolin, Bentonit, Satinweiß, Calciumsulfat, Bariumsulfat und Titandioxid. Der Teilchendurchmesser der feinteiligen Füllstoffe liegt beispielsweise zwischen 40 und 90% kleiner 2 µm.
  • Die Füllstoffe werden beispielsweise durch Einbringen in Wasser zu einer wäßrigen Anschlämmung verarbeitet. Präzipitiertes Calciumcarbonat wird üblicherweise in Abwesenheit von Dispergiermitteln in Wasser aufgeschlämmt. Um wäßrige Anschlämmungen der übrigen Füllstoffe herzustellen, verwendet man in der Regel ein anionisches Dispergiermittel, z. B. Polyacrylsäuren mit einer Molmasse Mw von beispielsweise 1000 bis 40 000. Falls man ein anionisches Dispergiermittel verwendet, so setzt man davon beispielsweise 0,01 bis 0,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 0,3 Gew.-% zur Herstellung der wäßrigen Füllstoffanschlämmungen ein. Die in Gegenwart von anionischen Dispergiermitteln in Wasser dispergierten feinteiligen Füllstoffe sind anionisch. Die wäßrigen Anschlämmungen enthalten meistens 15 bis 25 Gew.-% mindestens eines Füllstoffs.
  • Um die erfindungsgemäßen wäßrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen herzustellen, behandelt man wäßrige Anschlämmungen von gegebenenfalls anionisch dispergierten feinteiligen Füllstoffen mit mindestens einem Bindemittel für Papierstreichfarben. Beispielsweise kann man zu einer 1 bis 50 Gew.-% mindestens eines feinteiligen Füllstoffs enthaltenden wäßrigen Anschlämmung 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Füllstoffe, eines Bindemittels für Papierstreichfarben zusetzen oder eine wäßrige Anschlämmung eines feinteiligen Füllstoffs in eine wäßrige Dispersion eines Bindemittels für Papierstreichfarben eintragen und die Komponenten jeweils mischen. Das Behandeln der wäßrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen mit den Bindemitteln für Papierstreichfarben kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Beim Zusammenbringen von wäßrigen Anschlämmungen feinteiliger Füllstoffe und wäßrigen Dispersionen von Bindemitteln für Papierstreichfarben werden die Füllstoffe zumindest teilweise mit Bindemitteln überzogen bzw. imprägniert. Das Mischen der Komponenten erfolgt beispielsweise in einem Scherfeld. Meistens ist es ausreichend, wenn man bei Komponenten nach dem Zusammenbringen rührt oder sie in einem Scherfeld eines Ultraturraxgerätes behandelt. Das Zusammenbringen und Mischen der Bestandteile der wäßrigen Anschlämmungen kann beispielsweise in dem Temperaturbereich von 0°C bis 95°C, vorzugsweise 10 bis 70°C erfolgen. Meistens mischt man die Komponenten bei der jeweiligen Raumtemperatur bis zu einer Temperatur von 40°C. Der pH-Wert der mit Streichfarbenbindern behandelten wäßrigen Anschlämmungen von Füllstoffen beträgt beispielsweise 5 bis 11, vorzugsweise 6 bis 9, wobei der pH-Wert von Calciumcarbonat enthaltenden Anschlämmungen vorzugsweise mehr als 6,5 beträgt.
  • Die Bindemittel enthalten vorzugsweise sogenannte Hauptmonomere einpolymerisiert, ausgewählt aus C1 bis C16 Alkyl(meth)acrylaten, Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen, Vinylestern von Carbonsäuren mit 1 bis 20 C-Atomen, Vinylhalogeniden, ethylenisch ungesättigte Nitrile, nicht aromatischen Kohlenwasserstoffen mit einer oder zwei konjugierten Doppelbindungen oder Mischungen dieser Monomeren. Genannt seien z. B. (Meth)-acrylsäurealkylestern mit einem C1-C10-Alkylrest, wie Methylmethacrylat, Methylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Ethylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat. Insbesondere sind auch Mischungen der (Meth)acrylsäurealkylester geeignet.
  • Als Vinylester von Carbonsäuren mit 1 bis 20 C-Atomen kommen z. B. Vinyllaurat, Vinylstearat, Vinylpropionat und Vinylacetat in Betracht.
  • Als vinylaromatische Verbindungen mit bis zu 20 C-Atomen kommen Vinyltoluol, α-Butylstyrol, 4-n-Butylstyrol, 4-n-Decylstyrol und vorzugsweise Styrol in Betracht. Beispiele für ethylenisch ungesättigte Nitrile sind Acrylnitril und Methacrylnitril.
  • Vinylhalogenide sind mit Chlor, Fluor oder Brom substituierte ethylenisch ungesättigte Verbindungen, bevorzugt Vinylchlorid und Vinylidenchlorid.
  • Als nicht aromatische Kohlenwasserstoffe mit einer oder zwei konjugierten olefinischen Doppelbindungen seien Butadien, Isopren und Chloropren sowie Ethylen genannt.
  • Neben den Hauptmonomeren können die Bindemittel gegebenenfalls noch weitere Monomere einpolymerisiert enthalten, z. B. Hydroxygruppen enthaltende Monomere, wie Hydroxyalkylacrylate oder Monomere mit Alkoxygruppen, wie sie durch Alkoxylierung von Hydroxygruppen enthaltenden Monomeren mit Alkoxyden, insbesondere Ethylenoxid oder Propylenoxid erhältlich sind, Monomere mit Säure- oder Anhydridgruppen oder deren Salze, z. B. (Meth)acrylsäure, Maleinsäure, Vinylsulfonsäure.
  • Die Bindemittel bestehen vorzugsweise aus einem Polymerisat, das mindestens 20 Gew.-% der Hauptmonomeren, besonders bevorzugt mindestens 35 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt mindestens 50 Gew.-% mindestens eines Hauptmonomeren einpolymerisiert enthält.
  • Das Bindemittel kann außerdem mindestens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 3 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 15 Gew.-% Monomere mit mindestens einer Säuregruppe (kurz Säuremonomere) einpolymerisiert enthalten. Die Säuregruppen des Polymerisats können gegebenenfalls vor der späteren Anwendung zumindest teilweise neutralisiert sein. Vorzugsweise werden mindestens 30 mol-%, besonders bevorzugt 50 bis 100% der Säuregruppen neutralisiert. Als Base eignen sich flüchtige Basen wie Ammoniak oder nicht-flüchtige Basen wie Alkalihydroxide, insbesondere Natronlauge.
  • Bevorzugt eingesetzte Bindemittel sind beispielsweise wäßrige Dispersionen von Copolymerisaten aus
    • a) Styrol und/oder Acrylnitril oder Methacrylnitril,
    • b) Acrylsäureestern und/oder Methacrylsäureestern von C1- bis C18-Alkoholen, und gegebenenfalls
    • c) Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure und/oder Itaconsäure.
  • Weitere bevorzugt in Betracht kommende Bindemittel sind Polymere aus (a) Styrol, (b) Butadien und (c) gegebenenfalls Acrylsäure oder Methacrylsäure. Auch Copolymerisate auf Basis von (Meth)Acrylestern oder Vinylacetat und anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren sind als Bindemittel für Papierstreichfarben zur Behandlung von wäßrigen Anschlämmungen von Füllstoffen von Interesse. Die Glastemperatur der Polymeren beträgt z. B. -40 bis +50°C und liegt vorzugsweise unterhalb von 6°C.
  • Die Bindemittel für Papierstreichfarben werden vorzugsweise durch radikalische Polymerisation der obengenannten Monomeren in wäßrigem Medium in Gegenwart von Schutzkolloiden bzw. Emulgatoren hergestellt. Geeignete Schutzkolloide sind beispielsweise Polyvinylalkohole oder teilweise hydrolysierte Polyvinylacetate. Vorzugsweise setzt man für die erfindungsgemäße Behandlung von feinteiligen Füllstoffen solche Bindemittel ein, die mit Hilfe von Schutzkolloiden bzw. Emulgatoren mit einer Molmasse Mw < 2000 stabilisiert sind. Besonders bevorzugt sind wäßrige Dispersionen der Bindemittel, die als Emulgator für die Polymeren anionische Emulgatoren wie Natriumlaurylsulfat, Disulfo-C12-alkyldiphenyloxid oder deren Gemische enthalten. Man kann jedoch auch solche wäßrigen Dispersionen von Polymeren als Bindemittel verwenden, die mit Hilfe von nichtionischen, kationischen oder amphoteren Emulgatoren stabilisiert sind. Gebräuchliche Emulgatoren sind z. B. ethoxylierte Fettalkohole (Ethoxylierungsgrad: 3 bis 50, Alkylrest: C8- bis C36), ethoxylierte Mono-, Di- und Trialkylphenole (Ethoxylierungsgrad: 3 bis 50, Alkylrest: C8- bis C12), Alkalimetallsalze von Dialkylestern der Sulfobersteinsäure sowie Alkali- und Ammoniumsalze von Alkylsulfaten (Alkylrest: C8- bis C12), von ethoxylierten Alkanolen (Ethoxylierungsgrad: 4 bis 30, Alkylrest: C12- bis C18), von ethoxylierten Alkylphenolen (Ethoxylierungsgrad: 3 bis 50, Alkylrest: C4- bis C9), von Alkylsulfonsäuren (Alkylrest: C12- bis C18) und von Alkylarylsulfonsäuren (Alkylrest: C9- bis C18). Die Teilchengröße der in den wäßrigen Dispersionen enthaltenen Polymeren beträgt beispielsweise 50 bis 300 nm, vorzugsweise 80 bis 150 nm. Die Bindemittel enthalten z. B. 0,1 bis 5, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-%, mindestens eines Emulgators.
  • Besonders bevorzugt werden wäßrige Anschlämmungen von präzipitiertem Calciumcarbonat, das frei von Dispergiermitteln ist, und von gemahlenem Calciumcarbonat hergestellt, das durch Mahlen von stückigem Calciumcarbonat oder Marmor in Gegenwart von anionischen polymeren Dispergiermitteln wie Polyacrylsäuren mit Molmassen von 1000 bis 15 000 erhältlich ist. Als Bindemittel werden dafür bevorzugt anionisch eingestellte wäßrige Dispersionen von Copolymeren auf Basis von Styrol und Butadien oder Styrol und Acrylestern eingesetzt, die mit Hilfe von Emulgatoren stabilisiert sind, die eine Molmasse Mw < 2000 haben.
  • Die erfindungsgemäß hergestellten wäßrigen Anschlämmungen von Füllstoffen werden als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, füllstoffhaltigem Karton oder füllstoffhaltiger Pappe durch Entwässern des Papierstoffs verwendet. Sie können längere Zeit gelagert oder auch unmittelbar vor der Papierherstellung in der Papierfabrik zubereitet und direkt verarbeitet werden. Sie werden dem Papierstoff in einer solchen Menge zugesetzt, daß füllstoffhaltige Papiere entstehen, die beispielsweise 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 35 Gew.-% an Füllstoff enthalten. Die wäßrigen Anschlämmungen eigenen sich insbesondere zur Herstellung von Papieren mit Füllstoffgehalten von 30 bis 50 Gew.-%. Die wäßrigen Anschlämmungen von Füllstoffen können sowohl dem Dickstoff als auch dem Dünnstoff bei der Papierherstellung zugesetzt werden. Sie können in Gegenwart der in der Papierindustrie gebräuchlichen Additive wie Leimungsmitteln, Fixiermitteln, Entwässerungsmittel, Verfestigern oder Retentionsmitteln eingesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäß mit einem Bindemittel für Papierstreichfarben behandelten wäßrigen Pigmentanschlämmungen können zur Herstellung sämtlicher füllstoffhaltiger Papierqualitäten eingesetzt werden, z. B. Zeitungsdruck, SC-Papier (supercalandriertes Papier), holzfreie oder holzhaltige Schreib- und Druckpapiere. Zur Herstellung solcher Papiere verwendet man beispielsweise als Hauptrohstoffkomponenten Holzschliff, thermomechanischen Stoff (TMP), chemothermomechanischem Stoff (CTMP), Druckschliff (PGW) sowie Sulfit- und Sulfatzellstoff. Um eine hohe Füllstoffretention zu erreichen, empfiehlt sich die Zugabe von Retentionsmitteln zum Papierstoff. Die Retentionsmittel können beispielsweise zum Dickstoff oder auch zum Dünnstoff zugegeben werden. Als Retentionsmittel verwendet man beispielsweise hochmolekulare Polyacrylamide (die Molmassen der Polymeren liegen oberhalb von 2 Millionen) oder man verwendet sogenannte Micropartikel-Systeme, wobei man zunächst ein polymeres kationisches Retentionsmittel zum Papierstoff gibt, den Papierstoff dann einer Scherung unterwirft und anschließend Bentonit oder feinverteilte Kieselsäure in Mengen bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf trockenen Faserstoff, zusetzt.
  • Bei der Herstellung holzfreier Papiere kann man zum Papierstoff zusätzlich optische Aufheller zugeben. Die Mengen an optischen Aufhellern betragen beispielsweise 0,3 bis 3,0, vorzugsweise 0,6 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf trockenem Papierstoff.
  • Aufgrund der Behandlung der wäßrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen mit wäßrigen Dispersionen von Bindemitteln für Papierstreichfarben erhält man wäßrige Füllstoffanschlämmungen, die zu Papieren verarbeitet werden können, bei denen das Stauben im Druck- und Kopierprozeß gegenüber füllstoffhaltigen Papieren reduziert ist, deren Füllstoffe nicht mit einem Bindemittel behandelt wurden.
  • Die Prozentangaben in den Beispielen bedeuten Gewichtsprozent, sofern aus dem Zusammenhang nichts anderes hervorgeht.
  • Die in den Beispielen 1 bis 5 und im Vergleichsbeispiel 1 hergestellten wäßrigen Anschlämmungen von Füllstoffen wurden anschließend jeweils auf ihre Eignung zur Herstellung füllstoffhaltiger Papiere geprüft. Die Teilchengröße der dispergierten Füllstoffe lag in den Beispielen und im Vergleichsbeispiel 1 jeweils für 90% der Teilchen bei < 2 µm.
    • Beispiel 1
  • 1,8 g einer 50%igen handelsüblichen wäßrigen Dispersion eines mit anionischen Emulgatoren stabilisierten Copolymeren aus Styrol und n-Butylacrylat mit einer Glastemperatur von 5°C (Acronal® S 504) wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Anschließend gab man 150 g einer 20%igen Aufschlämmung von präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC) in Wasser zu. Während der Zugabe der Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.
    • Beispiel 2
  • 0,6 g einer 50%igen handelsüblichen wäßrigen Dispersion eines mit anionischen Emulgatoren stabilisierten Copolymeren auf Basis von Styrol und n-Butylacrylat mit einer Glastemperatur von 5°C (Acronal® S 504) wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Danach wurden dieser Lösung 150 g einer 20%igen Aufschlämmung von PCC in Wasser zugegeben. Während der Zugabe der PCC- Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof- Rührers bei 1000 UpM gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.
    • Beispiel 3
  • 1,8 g einer 50%igen handelsüblichen wäßrigen, einen anionischen Emulgator enthaltenden Styrol-Butadien-Dispersion (Styronal® 8736) mit einer Glastemperatur von 5°C wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Danach wurden dieser Lösung 150 g einer 20%igen wäßrigen PCC-Slurry zugegeben. Während der Zugabe und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof- Rührers bei 1000 UpM gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.
    • Beispiel 4
  • 0,6 g einer 50%igen handelsüblichen, wäßrigen, einen anionischen Emulgator enthaltenden Styrol-Butadien-Dispersion (Styronal® 8736) mit einer Glastemperatur von 5°C wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Dann wurden dieser Lösung 150 g einer 20%igen wäßrigen PCC-Slurry zugegeben. Während der Zugabe der Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof- Rührers bei 1000 UpM gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.
    • Beispiel 5
  • 1,8 g einer 50%igen handelsüblichen wäßrigen Styrol-Acrylat-Dispersion (Acronal® S 504) mit einer Glastemperatur von 5°C wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Danach wurden dieser Lösung 150 g einer 20%igen wäßrigen Anschlämmung von feinteiligem Calciumcarbonat zugegeben, die durch Mahlen von Calciumcarbonat in wässrigem Medium in Gegenwart einer niedrigmolekularen Polyacrylsäure als Dispergiermittel hergestellt wurde (anionisch dispergiertes gemahlenes Calciumcarbonat - GCC -). Während der Zugabe der GCC-Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 UpM gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.
    • Vergleichsbeispiel 1 gemäß der Lehre der DE-A-198 21 089
  • 3 g einer 33%igen handelsüblichen, wäßrigen Polymerleimungsdispersion auf Basis eines Pfropfpolymers von Acrylnitril und n-Butylacrylat auf abgebauter Stärke Basoplast® 250 D mit einer Glastemperatur von 45°C wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Dann wurden dieser Lösung 150 g einer 20%igen wäßrigen PCC-Slurry zugegeben. Während der Zugabe der Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 UpM gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.
    • Herstellung von füllstoffhaltigem Papier
  • Eine Mischung aus TMP (Thermo-mechanical pulp) und Holzschliff wurde im Verhältnis von 70/30 bei einer Feststoffkonzentration von 4% im Laborpulper stippenfrei aufgeschlagen, bis ein Mahlgrad von 60-65 erreicht wurde. Der pH-Wert des Stoffs lag dabei im Bereich zwischen 7 und 8. Der gemahlene Stoff wurde anschließend mit Trinkwasser auf eine Feststoffkonzentration von 0,35% verdünnt.
  • Um das Verhalten der oben beschriebenen wäßrigen Füllstoff-Slurries bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier zu ermitteln, legte man jeweils 500 ml der Papierstoffsuspension vor und dosierte jeweils in diese Pulpe die gemäß den Beispielen und dem Vergleichsbeispiel behandelten Slurries sowie ein kationisches Retentionsmittel (Polymin KE 2020). Die Dosiermenge des Retentionsmittels betrug jeweils 0,01% Polymer, bezogen auf Trockengehalt der Papierstoffsuspension. Die Menge an Slurry wurde mit Hilfe mehrerer Vorversuche so eingestellt, daß der Aschegehalt der mit dem Stoff gefertigten Papierblätter 32% betrug.
  • Außerdem wurden Blätter unter Verwendung der in Tabelle 1 angegebenen 20%igen wäßrigen Anschlämmungen von präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC-Slurry) und gemahlenem Calciumcarbonat (GCC-Slurry) hergestellt.
  • Die Papierblätter wurden jeweils auf einem Rapid-Köthen-Blattbildner nach ISO 5269/2 mit einem Blattgewicht von 80 g/m2 gefertigt und anschließend für 7 Minuten bei 90°C getrocknet und danach mit einem Liniendruck von 200 N/cm kalandriert.
    • Prüfung der Papierblätter
  • Nach einer Lagerzeit im Klimaraum bei konstant 23°C und 50% Luftfeuchtigkeit für 12 Stunden wurden die Trockenreißlänge der Blätter nach DIN 54540 und die Porosität der Blätter nach Bendtsen (ISO 5636-3) geprüft. Die Trockenrupffestigkeit der Papiere wurde mit dem IGT-Bedruckbarkeitsprüfer (ISO 3783) ermittelt.
  • Der Tropfenwegschlagtest, der ein Maß für das Wasseraufnahmeverhalten ist, wurde an Papierproben einer Größe von 50 × 50 mm durchgeführt. Die Proben wurden voneinander getrennt, mindestens 8 Stunden im Klimaraum aufbewahrt (Normalklima für die Vorbehandlung und Prüfung nach ISO 187. Die zu prüfende Probe wird auf den Rand eines Becherglases gelegt. Auf die Papieroberfläche werden tropfenweise mit Hilfe einer Spritze 5 µl vollständig entsalztes Wasser aufgegeben, wobei die Tropfen nicht auf die Papieroberfläche fallen sollen. Gleichzeitig wird eine Stoppuhr in Gang gesetzt und die Zeit gemessen, die erforderlich ist, bis der Wasserspiegel des Tropfens auf der Papieroberfläche nicht mehr sichtbar ist. Tabelle 1

  • Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, können füllstoffhaltige Papiere sowohl mit anionisch dispergierten GCC-Slurries als auch mit PCC-Slurries, die jeweils mit einem Streichfarbenbinder behadelt worden sind, in ihren Festigkeitseigenschaften deutlich verbessert werden, ohne daß Porosität und Wasseraufnahmeverhalten der Papiere deutlich beeinflußt werden.

Claims (8)

1. Wäßrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind durch Behandeln von wäßrigen Anschlämmungen feinteiliger Füllstoffe mit mindestens einem Bindemittel für Papierstreichfarben.
2. Wäßrige Anschlämmungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 1 bis 50 Gew.-% mindestens eines feinteiligen Füllstoffs enthalten und daß die Menge an Bindemittel 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Füllstoffe, beträgt.
3. Wäßrige Anschlämmungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 10 bis 40 Gew.-% mindestens eines Füllstoffs enthalten.
4. Wäßrige Anschlämmungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittel für Papierstreichfarben ausschließlich Emulgatoren mit einer Molmasse Mw < 2000 enthalten.
5. Wäßrige Anschlämmungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittel für Papierstreichfarben mindestens einen anionischen, kationischen, nicht- ionischen und/oder amphoteren Emulgator enthalten.
6. Verfahren zur Herstellung der wäßrigen Anschlämmungen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man zu einer wäßrigen Anschlämmung mindestens eines feinteiligen Füllstoffs 0,1 bis 5 Gew.-% mindestens eines Bindemittels für Papierstreichfarben, bezogen auf Füllstoff, zusetzt oder die wäßrige Anschlämmung mindestens eines feinteiligen Füllstoffs in eine wäßrige Dispersion eines Bindemittels für Papierstreichfarben einträgt und die Bestandteile jeweils mischt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Molmasse der in den Bindemitteln für Papierstreichfarben enthaltenen Emulgatoren < 2000 beträgt.
8. Verwendung der wäßrigen Anschlämmungen nach den Ansprüchen 1 bis 5 als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, füllstoffhaltigem Karton oder füllstoffhaltiger Pappe durch Entwässern des Papierstoffs.
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