DE2033657A1

DE2033657A1 - Fillers for paper manufacture - based on acid -treated bentonite givi increased opacity at low cost

Info

Publication number: DE2033657A1
Application number: DE19702033657
Authority: DE
Priority date: 1970-07-07
Filing date: 1970-07-07
Publication date: 1972-01-20

Abstract

The filler consists of bentonite from whose lattice structure the aluminium has been wholly or partly removed, pref. by acid treatment. Pref. quantities are 2 - 10% esp. 3%, based on the total dry solids in the fibre suspension. The filler is partic. suitable for making cheap, thin printing paper esp. newsprint. The amount of air retained in the paper after calendering is increased, thus improving the opacity.

Description

FUllstoffzusatz für Fasersuspensionen zur Papierherstellung. Filler additive for fiber suspensions for paper manufacture.

Die Erfindung betriffteinen Füllstoffzusatz für Fasersuspensionen zur Papierherstellung.The invention relates to a filler additive for fiber suspensions for papermaking.

Die Deckfähigkeit oder Opazität, auf die es besonders bei Dünndruckpapieren ankommt, nimmt mit der Differenz der Brechungsindizes der das Papier aufbauenden Substanzen, unter die auch die in dem Papier eingeschlossene Luft gerechnet wird, zu. Durch Kalandrieren wird die im-Papier eingeschlossene Luft ausgepreßt und dadurch die Opazität bedeutend verringert.The covering power, or opacity, to which it is particularly important in the case of thin printing papers arrives, increases with the difference in the refractive indices of the paper making up the paper Substances, including the air trapped in the paper, to. The air trapped in the paper is squeezed out by calendering and thereby significantly reduces the opacity.

Bisher wurde die Opazität durch Zusätze von Titandioxyd oder synthetische Silikate, wie gefälltes Kalziumsilikat verbessert. Diese Zusätze sind teuer und erhöhen den Papierpreis beträchtlich, was insbesondere bei billigen Dünndruckpapieren stark ins Gewicht fällt.So far, the opacity was achieved by adding titanium dioxide or synthetic Silicates, like precipitated calcium silicate, improved. These additives are expensive and increase the price of paper considerably, especially with cheap thin printing papers is very important.

Die Erfindung bezweckt einen wirtschaftlichen Füllstoffzusatz, der die Opazitätsabnahme beim Kalandrieren oder Satinieren insbesondere von Dünndruckpapieren wesentlich reduziert.The invention aims at an economical filler additive, the the decrease in opacity during calendering or Satin finishing in particular significantly reduced from thin printing papers.

Dieser Zusatzstoff besteht gemäß der Erfindung aus Bentonit, aus dessen Gitterstruktur das Aluminium ganz oder teilweise entfernt ist. Der Füllstoffzusatz nach der Frfindung wird vorzugsweise in einer Menge von 2 bis 10 Gew.-%, insbesondere 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamttrockenmasse der Fasersuspension,dieser zugesetzt. Bei Verwendung weiterer Füllstoffe beträgt die Menge an Füllstoffzusatz nach der Erfindung vorzugsweise 1/5 bis 1/3 des gesamten Füllstoffes.This additive consists according to the invention of bentonite, from its Lattice structure in which the aluminum has been completely or partially removed. The filler additive According to the invention, it is preferably used in an amount of 2 to 10% by weight, in particular 3 wt .-%, based on the total dry mass of the fiber suspension, added to this. When using other fillers, the amount of filler added according to the Invention preferably 1/5 to 1/3 of the total filler.

Bentonit hat die Formel 4 SiO2Al2O3'H2O + nH2O. Seine Struktur entspricht der des Pyrophyllits mit der Strukturformel Al2((OH)2 Si4010). Im Gegensatz zu der hellen Weisse geschlämmter Kaoline ist Bentonit meist schmutzig gefärbt, so daß er sich als Papierfüllstoff schlecht eignet. Außerdem würden beim Einsatz von Bentonit bei der Papierherstellung erhebliche, durch die starke Quellfähigkeit von Bentonit hervorgerufene Störungen auftreten. Diese Quellfähigkeit würde zu einer schlechteren Entwässerung auf dem Maschinensieb und zu einer Klumpenbildung in den Leitungen führen. Schließlich wurde auch festgestellt, daß der-Zusatz von Bentonit sich nachteilig auf die Opazität von Papieren auswirkt ( R. Liesegang, Kolloide in der Technik, 1943, S. 49). Um so überraschender ist es, daß Bentonit, aus dessen Gitterstruktur das Aluminium herausgelöst ist, die optischen Eigenschaften von Papier und insbesondere die Opazität günstig beeinflußt.Bentonite has the formula 4 SiO2Al2O3'H2O + nH2O. Its structure corresponds that of pyrophyllite with the structural formula Al2 ((OH) 2 Si4010). In contrast to the bright white coagulated kaolin, bentonite is usually dirty colored, so that it is poorly suited as a paper filler. In addition, when using bentonite considerable in papermaking, due to the strong swelling capacity of bentonite caused disturbances occur. This swelling capacity would deteriorate Drainage on the machine screen and formation of lumps in the lines to lead. Finally, it was also found that the addition of bentonite is disadvantageous affects the opacity of papers (R. Liesegang, Colloids in Technology, 1943, p. 49). It is all the more surprising that bentonite, from its lattice structure the aluminum is dissolved out, the optical properties of paper and in particular the opacity favorably influenced.

Der aus Bentonit hergestellte Füllstoffzusatz nach der Erfindung ist ein amorphes Kieselsäuregerüst mit einem Siliciumgehalt von etwa 65 - 90 % SiO2, einem Aluminiumgehalt von etwa 2 bis 16 % Al203 und freien SiOH-Gruppen, sowie Verunreinigungen von Eisen, Kalzium und Magnesium in entsprechenden Mengen. Seine spezifische Oberfläche beträgt von 100 bis 400 qm/g.The filler additive made from bentonite according to the invention is an amorphous silica framework with a silicon content of around 65 - 90% SiO2, an aluminum content of about 2 to 16% Al 2 O 3 and free SiOH groups, as well as impurities of iron, calcium and magnesium in appropriate amounts. Its specific surface is from 100 to 400 qm / g.

Der Füllstoffzusatz nach der Erfindung hat folgende Wirkungen: 1) Durch die hohe spezifische Oberfläche und den dadurch bedingten erhöhten Anteil an verfügbaren Silanolgruppen ergibt sich ein sehr hohes Adsorptionsvermögen gegenüber Luft, so daß beim Kalandrieren kleine LuSteinschlüsse zwischen den Füllstoffteilchen verbleiben und dadurch die Opazität des Papieres wesentlich verbessert wird.The filler additive according to the invention has the following effects: 1) Due to the high specific surface and the resulting increased proportion of available silanol groups results in a very high adsorptive capacity Air, so that small luster inclusions between the filler particles during calendering remain and thereby the opacity of the paper is significantly improved.

2) Es findet keine innerkristalline Quellung statt, so daß sich der Füllstoff auf der'Papiermaschine gut verarbeiten läßt.2) There is no internal crystalline swelling, so that the Filler can be easily processed on the paper machine.

Der Füllstoff wird aus Bentonit hergestellt, der in bekannter Weise mit Säure bei erhöhter Temperatur behandelt wird.The filler is made from bentonite in a known manner treated with acid at an elevated temperature.

Dadurch wird einerseits der Weissegrad stark erhöht und durch den Kationenaustausch gegen Wasserstoff das Quellvermögen und damit die Fähigkeit, sich weitgehend in die Silikatschichten aufzuspalten, zerstört.On the one hand, this greatly increases the degree of whiteness and, through the Cation exchange for hydrogen the swelling capacity and thus the ability to largely split up into the silicate layers, destroyed.

Durch die Einwirkung heißer Säure nimmt die Löslichkeit besonders der Metallionen der Oktaederschicht des Bentonits zu und kann bei hoher Säurekonzentration und genügend langer Kontaktzeit zu einer vollständigen Zerstörung des Bentonitgitters führen. Durch das Lösen der Metallionen entsteht freie Kieselsäure und eine gegenüber dem nicht sSurebehandelten Bentonit vergrößerte spezifische Oberfläche und eine vergrößerte spezifische Porosität Es hat sich überraschend herausgestellt, daß Faserstoffsuspensionen mit dem Füllstoffzusatz nach der Erfindung die Retention von Füllstoffen verbessern und insbesondere eine Harzabscheidung an Sieben9 Filzen und Walzen (schädliches Harz) verhindern. Dieser Harzabscheidung hat man bisher mit Talkum entgegengearbeitet, jedoch wurde gefunden, daß die Verwendung von mit Säure behandeltem Bentonit wesentlich bessere Ergebnisse als Talkum für die Harzabscheidung bringt.The solubility increases particularly through the action of hot acid the metal ions of the octahedron layer of the bentonite and can with high acid concentration and sufficiently long contact time to completely destroy the bentonite lattice to lead. The dissolving of the metal ions creates free silica and one opposite to the non-acid-treated bentonite increased specific surface and one increased specific porosity It has surprisingly been found that pulp suspensions improve the retention of fillers with the filler additive according to the invention and in particular a deposition of resin on sieves9 felts and rollers (harmful Resin). This resin deposition has so far been counteracted with talc, however, the use of acid treated bentonite has been found to be essential gives better results than talc for resin deposition.

Ein weiterer Vorteil von Faserstoffsuspensionen nach der Erfindung ist, daß sie dem Durchschlagen von Druckfarbe durch das Papier, also dem tieren Eindringen der Farbe, das besonders für Zeitungsdruck kritisch ist, entgegenwirken. Durch die Einarbeitung von säurebehandelten Bentoniten mit hoher spezifischer Oberfläche wir die spezifische Oberfläche des Papiers einerseits und andererseits die Kapillarität desselben deutlich erhöht, was das Durchschlagen entsprechend verringert. Der Zusatz behandelter Bentonite kann das Eindringen des Lösungsmittels in den Querschnitt des Papiers verhindern. Grund hierfür ist die beachtliche Zunahme der Kapillarität des Papiers. Dadurch werden. die leichtflüchtigen Bestandteile, die Mineralöle, rasch aufgenommen, so daß das Pigment bildlich gesprochen auf der Oberfläche stehen bleibt. Natürlich wird auch das Harz bis zu einem gewisSen Grad eindringen und dadurch das Druckfarbenpigment auf dem Papier verankern.Another advantage of pulp suspensions according to the invention is that they allow the ink to bleed through the paper, i.e. animals Counteract penetration of the ink, which is particularly critical for newspaper printing. Through the incorporation of acid-treated bentonites with a high specific surface we the specific surface of the paper on the one hand and the capillarity on the other hand the same significantly increased, which reduces the strike through accordingly. The addition treated bentonite can prevent the solvent from penetrating the cross-section of the paper. The reason for this is the considerable increase in capillarity of the paper. This will be. the volatile components, the mineral oils, quickly absorbed, so that the pigment, figuratively speaking, stands on the surface remain. Of course, the resin will also penetrate to a certain extent and thereby anchor the ink pigment to the paper.

Die Wirkung des mit Säure behandelten Bentonits als Füllstoffzusatz nach der Erfindung auf die Erhöhung des Lufteinschlusses in dem Papier und damit auf die Erhöhung des Prozentsatzes an reflektiertem Licht wurde durch folgende Beispiele bestätigt: Beispiel 1: Es wurden mehrere Papierproben mit unterschiedlichen Füllstoffzusammensetzungen hergestellt und die Opazität des Papiers vor und nach dem Satinieren gemessen. In jedem Fall wurde zu 100 ml gebleichtem Sulfitzellstoff (Stoffdichte 4 %) 0>8 g Füllstoff zugesetzt. Nach der Leimzugabe wurde mit Alaun ein pH-Wert von 5,0 eingestellt. Die Ergebnisse für die einzelnen Proben sind in Tabelle I zusammengefaßt.The effect of acid-treated bentonite as a filler additive according to the invention on increasing the air inclusion in the paper and thus Increasing the percentage of reflected light has been demonstrated by the following examples confirmed: Example 1: Several paper samples with different filler compositions were made and the opacity of the paper measured before and after calendering. In in each case 100 ml of bleached sulphite pulp (consistency 4%) became 0> 8 g filler added. After the glue had been added, alum was used to set a pH of 5.0. The results for the individual samples are summarized in Table I.

Tabelle I Probe Füllstoffverhältnis Opazität vor Opazität Differenz Kaolin : säurebeh. Satiage nach Bentonit Satinage I 1 : 0 94,6 92,9 1,7 II 0 : 1 96,8 95,4 1,4 III 1 : 1 96,2 94,9 1,3 IV 8 : 2 96,0 94,4 1>6 Die Versuche ergeben deutlich eine wesentliche Zunahme der Opazität von Papieren mit Füllstoffzusätzen nach der Erfindung sowohl vor als auch nach dem Satinieren.'Die durch die Satinage bedingte Opazitätsverminderung ist bei Papieren mit Füllstoffzusätzen nach der Erfindung kleiner. Table I sample filler ratio opacity before opacity difference Kaolin: acidic Satiage according to bentonite Satinage I 1: 0 94.6 92.9 1.7 II 0: 1 96.8 95.4 1.4 III 1: 1 96.2 94.9 1.3 IV 8: 2 96.0 94.4 1> 6 The tests result a significant increase in the opacity of papers with filler additives according to the invention both before and after the satin finish.'Die through the satinage A conditional reduction in opacity is in the case of papers with filler additives according to the invention smaller.

Beispiel 2: Auf einer Versuchspapiermaschine wurde mit folgender Rezeptur ein TieSdruck-Natur-Papier erzeugt: Rezeptur; 50 Teile Holzschliff gebleicht SR-Grad 68 - 70 50 Teile Harmac oder Woodfibre SO-Grad 28 als gebleichter Sulfat zellstoff 22 Teile Kaolin (F3) (Vergleichsversuch) oder 17 Teile Kaolin (F3) 5 Teile säurebehandelter Bentonit Die Faserstoffsuspension wurde mit Alaun auf einen pH-Wert von 4,8 eingestellt.Example 2: The following recipe was used on a test paper machine a TieSdruck-Natur-Papier produces: recipe; 50 parts wood pulp bleached SR grade 68 - 70 50 parts Harmac or Woodfibre SO grade 28 as bleached sulphate pulp 22 parts of kaolin (F3) (comparative experiment) or 17 parts of kaolin (F3) 5 parts of acid-treated Bentonite The pulp suspension was adjusted to a pH of 4.8 with alum.

1/4 bis 1/2 Leimung (Leimungssubstanz Colloidin).1/4 to 1/2 sizing (sizing substance colloidin).

Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt.The results are summarized in Table II.

Tabelle III Probe Opazität vor Opazität nach Differenz Probe Satinage Satinage V (22 % Kaolin) 92,8 90>1 1,7 VI (17 % Kaolin 96,1 95,4 0>7 + 5 % Bentonit) Es wurde wie bei Beispiel I eine wesentliche Verbesserung der Opazität mit dem Füllstoffzusatz nach der Erfindung festgestellt. Table III Sample opacity before opacity after difference between sample calendering Satinage V (22% kaolin) 92.8 90> 1 1.7 VI (17% kaolin 96.1 95.4 0> 7 + 5% Bentonite) As in Example I, there was a significant improvement in the opacity determined with the filler additive according to the invention.

Claims

1. Filler additive for fiber suspensions for paper production, marked by a bentonite, from the lattice structure of which the aluminum is wholly or partially away.

2. filler additive according to claim 1, characterized in that it consists of an acid-treated bentonite.

3. filler additive according to claim 1 or 2, characterized in that that it is in an amount of 2-10 wt .-%, in particular of 3 cew.-X, based on the total dry mass of the fiber suspension is used.