DE1696190B2

DE1696190B2 - Papierbeschichtungsmasse

Info

Publication number: DE1696190B2
Application number: DE1968E0035954
Authority: DE
Inventors: William St. Austeil Cornwall Windle (Großbritannien)
Original assignee: English Clays Lovering Pochin & Co. Ltd, St. Austeil, Cornwall (Großbritannien)
Priority date: 1967-03-13
Filing date: 1968-03-12
Publication date: 1977-08-18
Also published as: GB1223102A; FI47799C; NL163839B; NL163839C; SE334812B; DK122333B; NO133905C; LU55660A1; FI47799B; BE712129A; NL6803544A; FR1555440A; DE1696190A1; NO133905B

Description

Die Erfindung betrifft eine Papierbeschichtungsmasse und insbesondere eine solche Masse, welche ein aus Schlämmkreide bestehendes Pigment enthält Heutzutage werden viele verschiedenartig beschichtete Papiere hergestellt Sie sind hauptsächlich mit einer Masse beschichtet, die im wesentlichen einen Klebstoff bzw. Bindemittel und ein Pigment enthält Eine Beschreibung der Bestandteile von Papierbeschichtungsmaterialien und ihre Anwendung ist im Buch von James P. Casey »Pulp and Paper Chemistry and Technology«, Kapitel XIX, Bd. III (1961), gegeben. Das verwendete Bindemittel kann z. B. aus Stärke, Kasein oder einem synthetischen Harzlatex bestehen. Das speziell verwendete Bindemittel hängt beispielsweise vom angewendeten Druckverfahren ab, so erfordert Offset-Lithographie ein Bindemittel, das wasserunlöslich ist Im allgemeinen besteht das Pigment aus Ton als Hauptbestandteil und geringeren Anteilen, z. B. weniger als 20 Gew.-% an einem oder mehreren Bestandteilen, z. B. Calciumcarbonat, Lithopon, Bariumsulfat, Titanpigment, Talkum oder Satinweiß. Das normalerweise für diesen Zweck verwendete Calciumcarbonat ist als gefälltes Calciumcarbonat bekannt und wird durch Calcinieren von Kalkstein unter Bildung von ungelöschtem Kalk gewonnen, wobei dann dieses mit Wasser in Kalkmilch übergeführt wird, die auf verschiedene Weise, z. B. unter Wiedervereinigung mit Kohlensäure, gefälltes Calciumcarbonat bildet

Eine weitere Gruppe von Calciumcarbonatpigmenten besteht aus natürlich vorkommendem Material. Hierzu gehören Kalkstein, Marmor, Kreide sowie die Schalen von im Meer und an den Küsten lebenden Organismen, z. B. Austernschalen. Obwohl diese verschiedenen Formen von Calciumcarbonaten seit langem bekannt sind, haben sie in der Industrie verhältnismäßig geringe Verwendung gefunden. In der Papierbeschichtungsindustrie werden die synthetischen CaI-ciumcarbonatpigmente in einem wesentlich größeren Umfange verwendet als Pigmente auf Basis natürlich vorkommender Calciumcarbonate, obwohl synthetische Pigmente stets aufwendiger sind. Die allgemeine Auflassung in Fachkreisen hält die sogencnmen natürlich vorkommenden Grade von Calciumcarbonaten den synthetischen Graden für unterlegen. Die natürlich vorkommenden Grade werden daher im allgemeinen als nicht geeignet für Papierbeschichtungszwecke gehalten, ausgenommen für den Fall, daß ein niedriger Glanz und matte Oberfläche erwünscht ist. Auch werden sie in einem etwas größeren Umfange als Füllmaterial für Papier benutzt, wobei das Pigment praktisch keinen Einfluß auf die Eigenschaften der Papieroberfläche hat. Aus der Abhandlung über Calciumcarbonatpigmente in Tappi, 29. Serie »Technical Ass. Papers«, Juni 1946, Seite 62-66, ist zu entnehmen, daß nach allgemeiner Auffassung der Fachleute die natürlich vorkommenden Grade der Calciumcarbonate weniger geeignetals die synthetischen Grade für Papierbeschichtungszwecke sind. Bei Verwendung von Calciumcarbonat soll der Gehalt an groben Teilchen mit einem Durchmesser über 50 Mikron nicht besonders kritisch sein. Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß im Gegenteil für ein spezielles natürliches CaI-ciumcarbonatpigment der prozentuale Gehalt an Teilchen mit Durchmesser über 50 Mikron besonders kritisch für Papierbeschichtungszwecke ist und daß eine Papierbeschichtungsmasse gemäß der Erfindung zu Papieren mit Oberflächen höchster Güte, insbesondere

Glanz, führt Eine wesentliche Grundlage für das Mittel gemäß der Erfindung stellt eine bestimmte Naturkreide dar. Es handelt sich dabei um Calciumcarbonat, das in der Kreidezeit aus den Rückständen von Coccolithen entstanden ist Es besteht aus Calcitkristallen in Form von Teilchen, welche im wesentlichen einen entsprechenden sphärischen Durchmesser von 1-5 Mikron haben, die, wenn sie gefördert werden, leicht unter Bildung größerer Teilchen aneinander gebunden sind. Sie unterscheiden sich in ihrer Struktur ganz wesentlich von gefälltem Calciumcarbonat und anderem Ausgangsmaterial für Calciumcarbonat wie Kalkstein, Marmor oder Austernschalen. Die normalerweise im Handel erhältlichen Naturschlämmkreidepigmente neigen dazu, Papierüberzüge von geringerem Glanz zu bilden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sie durchweg nicht mehr als 35 Gew.-% an Teilchen enthalten, die kleiner als 2 Mikron sind und beträchtlich mehr als 0,05 Gew.-% an Teilchen größei als 53 Mikron.

Im Gegensatz dazu ist es möglich, mit dem Gegenstand der Erfindung Papieroberflächen von höchstem Glanz zu erlangen, was bei der Herstellung von Kunstdruckpapieren und Zeitschriften von besonderer Bedeutung ist Die erfindungsgemäße Papierbeschichtungsmasse, welche aus der Dispersion eines Naturkreide enthaltenden Pigments in einem ein Bindemittel enthaltenden wäßrigen Medium besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Naturkreide durch Vermählen mit Sand oder einer Strahlmühle oder durch Klassifizierung nach Teilchengröße so weit aufbereitet ist, daß sie wenigstens 60Gew.-% an Teilchen enthält, die kleiner als 2 Mikron eines entsprechenden sphärischen Durchmessers sind, und nicht mehr als 5 Gew.-% an Teilchen enthält, die größer als 10 Mikron eines entsprechenden sphärischen Durchmessers sind, und nicht mehr als 0,05 Gew.-% an Teilchen, die größer als 53 Mikron sind.

Vorteilhaft ist die Naturkreide so behandelt, daß sie 70-95 Gew.-% an Teilchen enthält, welche einen entsprechenden sphärischen Durchmesser kleiner als

IO

2 Mikron besitzen.

Die Naturkreide wird durch Vermählen mit Sand, beispielsweise in einer Kugelmühle oder in einer Strahlmühle, ζ. B. Feinstmahlvorrichtung, oder durch Klassifizierung ^nacn Teilchengröße unter Abtrennung der unbrauchbaren gröberen Teilchen auf den erfindungsgemäß erforderlichen Feinheitsgrad gebracht. Zur Verwendung als Papierbeschichtungsmasse wird sie normalerweise mit einem Beschichtungstonpigment im geeigneten Mengenverhältnis verursacht.

Als Bindemittel kann ein üblicher Klebstoff dienen, _Z.B. eine Stärke, Gelatine, Kasein oder ein synthetischer Harzlatex. Die erfindungsgemäße Streichmasse kann auch übliche Zusatzmittel enthalten und auf die Papiergrundlage mit üblichen Beschichtungsmitteln aufgetragen werdsn. Nach dem Auftragen der Beschichtungsmasse werden die beschichteten Flächen einer Superbehandlung mit einem Auftragskalander unterworfen, um die gewünschten Oberflächeneigenschaften zu erhalten.

Ausfijhrungsbeispiel 1

Muster eines normalen holzfreien Papiers wurden nach der Trailing-Blade-Methode mit Beschichtungsmitteln verschiedener Zusammensetzung unter Bildung eines Schichtsgewichts von jeweils 10 g/m² bedeckt. Bei einer Serie der Muster enthielt das Beschichtungsmittel ein Pigment aus 50Gew.-% eines Tons und 50 Gew.-% eines im Handel erhältlichen Calciumcarbonats mit 32 Gew.-% an Teilchen kleiner als 2 Mikron, 6Gew.-% an Teilchen größer als 10 Mikron und 0,05

Tabelle I
Glanzwerte

Gew.-% an Teilchen größer als 53 Mikron. Bei einer anderen Serie von Mustern enthielt das Beschichtungsmittel ein Pigment aus 50Gew.-% eines Tons und 50Gew.-% einer erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse mit 80Gew.-% an Teilchen, die einen entsprechenden sphärischen Durchmesser kleiner als 2 Mikron hatten, mit 2Gew.-% an Teilchen, die einen entsprechenden sphärischen Durchmesser größer als lOMikion hatten, und mit 0,02Gew.-% an Teilchen größer als 53 Mikron. Diese Schlämmkreide wurde durch Entflockung eines Breis aus Naturschlämmkreide und Teilchenklassifizierung mit direkten Sedimentationmethoden und Entfernung der groben Teilchen gewonnen.

Die verwendeten Bindemittel sind in der folgenden Tabelle I aufgerührt In diesem Falle ist die Bindemittelmenge in Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge des Pigments, angegeben.

Nach der Beschichtung wurden die Flächen in einem Laboratoriums-Superkalander behandelt, bestehend aus einer Metallwalze und einer Führungswalze. Die beschichteten Papierflächen wurden an der Metallwalze befestigt und 10 Durchgängen bei 85°C und einem Liniendruck von 113,2 kg/2,54 cm unterworfen. Diese Behandlung entspricht etwa 10 Durchgängen bei 85"C und einem Liniendruck von 226,5 kg/2,54 cm auf einem üblichen Betriebskalander.

Die in Tabelle I (wie auch in den weiteren Tabellen) angegebenen Zahlenwerte sind ein Maßstab für den Glanz der beschichteten Flächen in TAPPI-Glanzeinheiten der Technical Association of the Pulp and Paper Industry.

Pigment	Bindemittel	10% Stärke	15% Kasein	7,5% Kasein
	20% Stärke	10% Latex		7,5% Latex*)

Naturschlämmkreide 18,6 26,3

Mittel nach der Erfindung 34,2 51,1

*) Styrol-Butadienharz.
Beispiel 2

Muster von holzfreiem Papier wie nach Beispiel 1 wurden mit einer Schlitzdüsenauftragmaschine beschichtet, um in jedem Fall ein Schichtgewicht von 20 g/m² zu ergeben. Bei einer Serie der Muster enthielt das Beschichtungsmaterial ein Pigment aus 50 Gew.-% eines Tons und 50 Gew.-% der im Handel erhältlichen Natur-Schlämmkreide wie nach Beispiel 1. Bei einer anderen Musterserie enthielt das Beschichtungsmaterial ein Pigment aus 50 Gew.-% eines Tons und 50 29,8
56,9

34,5
62,2

Gew.-% einer erfindungsgemäßen Schlämmkreide mit 75Gew.-% Teilchen mit einem sphärischen Durchmesser kleiner als 2 Mikron, 3 Gew.-% Teilchen mit einem sphärischen Durchmesser größer als 10 Mikron und 0,03 Gew.-% Teilchen größer als 53 Mikron.

Die verwendeten Bindemittel sind in der folgenden Tabellen aufgeführt Die Menge in Gewichtsprozent ist auf das Gewicht des Gesamtpigments bezogen.

Nach der Beschichtung wurden die Papierflächen wie nach Beispiel 1 superkalandiert

Tabelle II	Bindemittel	10% Stärke 10% Latex	15% Kasein	7,5% Kasein 7,5% Latex*)
Pigment	20% Stärke	37,9	41,9	47,4
	23,7	59,2	66,3	70,3
Natur-Schlämmkreide	46,5
Schlämmkreide nach der Erfindung
*} Wie nach Beispiel 1.

5
Beispiel 3

Muster von holzfreiem Papier wie nach Beispiel 1 wurden mit einer Massey-Auftragmaschine mit einem Schichtgewicht von 10 g/m² beschichtet. Bei einer M'isterserie enthielt das Beschichtungsmaterial ein s Pigment aus 50Gew.-% eines Tons und 50Gew.-% einer handelsüblichen Naturschlämmkreiiie wie nach Beispiel 1, Bei einer anderen Musterserie enthielt das Beschichtungsmaterial ein Pigment aus 50Gew.-% eines Tons und 50Gew.-% eines erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials aus 82Gew.-% Teilchen mit

Tabelle III

einem sphärischen Durchmesser kleiner als 2 Mikron, 2Gew.-% Teilchen mit einem sphärischen Durchmesser größer als 10 Mikron und 0,01 Gew.-% Teilchen großer als 53 Mikron. Das Beschichtungsmaterial war durch Vermählen der Schlämmkreide in einer Feinstmahlvorrichtung erhalten.

Die verwendeten Bindemittel sind in Tabelle III aufgeführt. Ihr Gewicht ist auf das Gewicht des Gesamtpigments bezogen.

Nach der Beschichtung wurden die Papierflächen wie !.ich Beispiel 1 superkalandriert.

Pigment

Bindemittel
20% Stärke

10% Stärke
10% Latex

15% Kasein

7,5% Kasein
7,5% Latex*)

Natur-Schlämmkreide	18,4	27,2	28,5	32,7
Schlämmkreide nach der	31,6	47,8	56,9	60,9
Erfindung

*) Wie nach Beispiel 1.

Beispiel 4

Muster von holzfreiem Papier wie nach Beispiel 1 wurden mit einer Champion-Auftragsmaschine mit einem Schichtgewicht von 10 g/m² beschichtet. Bei einer Musterserie enthielt das Beschichtungsmaterial ein Pigment aus 50 Gew.-% eines Tons und 50 Gew.-% einer handelsüblichen Naturschlämmkreide wie nach Beispiel 1. Bei einer anderen Musterserie enthielt das Beschichtungsmittel ein Pigment aus 50 Gew.-% eines Tons und 50Gew.-% einer erfindungsgemäßen Schlämmkreide aus 70Gew.-% Teilchen mit einem sphärischen Durchmesser kleiner als 2 Mikron, 3 Gew.-% Teilchen mit einem sphärischen Durchmesser größer als 10 Mikron und 0,03 Gew.-% Teilchen größer als 53 Mikron. Das Schlämmkreideprodukt war durch Vermählen in einer üblichen Kugelmühle erhalten.

Die verwendeten Bindemittel sind in Tabelle IV aufgeführt. Ihr Gewicht ist auf das Gewicht des Gesamtpigments bezogen.

Nach der Beschichtung wurden die Papierflächen wie nach Beispiel 1 superkalandriert.

Tabelle IV	Bindemittel 20% Stärke	. 10% Stärke 10% Latex	15% Kasein	7,5% Kasein 7,5% Latex*)
Pigment	15,9 29,2	23,2 40,4	28,2 57,8	29,4 58,7
Natur-Schlämmkreide Schlämmkreide nach der Erfindung

*) Wie nach Beispiel 1.

Anstelle des in den vorhergehanden Beispielen verwendeten Styrol-Butadienlatex können selbstverständlich auch andere für Papierbeschichtung üblicherweise gebräuchliche Mittel, z. B. Acrylsäurepolymerisate oder Polyvinylacetate, verwendet werden.

Beispiel 5

Muster von holzfreiem Papier der Art wie nach Beispiel 1 wurden wie nach Beispiel 1 auf ein Schichtgewicht von 10 g/m² beschichtet Bei einer Musterserie enthielt das Beschichtungsmaterial ein Pigment aus 75 Gew.-% eines Tons und 25 Gew.-% einer handelsüblichen Schlämmkreide wie nach Beispiel 1. Bei einer anderen Musterserie enthielt das Beschichtungsmaterial ein Pigment aus 75Gew.-% eines Tons und 25 Gew.-% einer erfindungsgemäßen Schlämmkreide aus 80Gew.-% Teilchen mit einem sphärischen Durchmesser kleiner als 2 Mikron, 2Gew.-% Teilchen mit einem sphärischen Durchmesser größer als 10 Mikron und 0,02 Gew.-% Teilchen größer als 53 Mikron. Diese Schlämmkreide war durch Entflockung eines Breies aus Natur-Schlämmkreide und Teilchenklassifizierung di-'rch direkte Sedimentation sowie Entfernung der groben Teilchen erhalten.

Die verwendeten Bindemittel sind in Tabelle V aufgeführt. Ihr Gewicht in % ist auf das Gewicht des Gesamtpigments bezogen.

Nach der Beschichtung wurden die Papierflächen wie nach Beispiel 1 superkalandriert

	Tabelle V	;? 16	96 190	15% Kasein	8
7	Pigment
			35,6
	Bindemittel		58,0	7,5% Kasein
Natur-Schlämm kreide	20% Stärke	10% Stärke		*7,5% Latex)**
Schlämmkreide nach der		10% Latex		41,2
Erfindung	26,1	32,5		64,7
* Wie nach Beispiel 1.	37,5	53,2

Beispiel 6

Die Versuchsbedingungen Bindemittel und Pigmente waren die gleichen wie in Beispiel 5 mit der Ausnahme daß bei beiden Vergleichsmustern 25 Gew.-% eines Tons und 75 Gew.-% Schlämmkreide verwendet wurden.

Tabelle IV	Bindemittel 20% Stärke	10% Stärke 10% Latex	15% Kasein	7,5% Kasein 7,5% Latex
Pigment '	13,4 30,8	18,5 47,4	23,7 51,3	29,6 57,4
Natur-Schlämmkreide Schlämmkreide nach der Erfindung

Claims

Patentansprüche:

1. Papierbeschichtungsmasse für glänzende Streichpapiere, z. B. Zeitschriften und Kunstdruckpapiere, bestehend aus der Dispersion eines Natur-Kreide enthaltenden Pigments in einem ein Bindemittel enthaltenden wäßrigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß die Natur-Kreide durch Vermählen mit Sand oder einer Strahlmühle oder durch Klassifizierung nach Teilchengröße so weit aufbereitet ist, daß sie wenigstens 60Gew.-% an Teilchen enthält, die kleiner als 2 Mikron eines entsprechenden sphärischen Durchmessers sind, und nicht mehr als 5Gew.-% an Teilchen enthält, die größer als 10 Mikron eines entsprechenden sphärischen Durchmessers sind, und nicht mehr als 0,05 Gew.-% an Teilchen, die größer als 53 Mikron sind.

2. Papierbeschichtungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturkreide so bearbeitet ist, daß sie 70-95 Gew.-% an Teilchen enthält, die kleiner als 2 Mikron eines entsprechenden sphärischen Durchmessers sind.