DE2239209C2

DE2239209C2 - Feinteiliges Natriumaluminiumsilicat-Streichpigment für Papiere

Info

Publication number: DE2239209C2
Application number: DE2239209A
Authority: DE
Inventors: M. Lowell Edwin Bel Air Hackbarth, Md.; M. Robert Kenneth Havre de Grace Mays, Md.
Original assignee: FRANCAISE DES SILICATES SPECIAUX SIFRANCE PARIS FR Ste
Current assignee: FRANCAISE DES SILICATES SPECIAUX SIFRANCE PARIS FR Ste
Priority date: 1971-10-07
Filing date: 1972-08-09
Publication date: 1982-03-11
Also published as: CA970503A; DE2239209A1; GB1407242A; US3834921A; IT968286B; FR2156550A1; FR2156550B1

Description

•jo

Die Erfindung betrifft ein feinteiliges Natriumaluminiumsilicat-Streichpigment für Papiere gemäß Gattungsbegriff des HauptansprucheE.

Bekanntlich müssen fast alle hochwertigen Papiersorten wie Briefpapier, Schreibpapier und Büropapiere aller Art sowie Druckpapier widerstandsfähig gegen das Eindringen von Wasser bzw. Druckfarbe gemacht werden. Diese als Leimfestigkeit bekannte Eigenschaft müssen Papiersorten besitzen, die zusammen mit Druckfarben auf Wasserbasis verwendet werden; sie ist weiterhin wichtig für Offsetdruckpapier oder Kunstdruckpapier. Manchmal kann sie einfach die Adsorption von Wasser, das zufällig mit dem Papier in Berührung kommt, herabsetzen.

Ursprünglich wurde Papier durch Eintauchen in verdünnte Lösung aus tierischem Leim geleimt. Auf 1807 geht die Entdeckung zurück, daß man dem Stoffbrei Harz in alkalischer Lösung zufügen und dies anschließend auf den Fasern mit Aluminiumsulfat niederschlagen kann. Dank dieser bis heute nicht grundlegend geänderten Arbeitsweise wird unter wirksamen und wenig aufwendigen Bedingungen geleimtes, bzw. gestrichenes Papier hergestellt.

Mit Harz gestrichenes Papier verändert sich jedoch 5> im Lauf der Zeit. Der Verlust an Widerstandsfähigkeit ist ein ersthaftes Problem bei Büchern, Dokumenten, Manuskripten und allen anderen Papieren, die über lange Zeit hinweg aufbewahrt oder gebraucht werden sollen. Im Gegensatz dazu besitzt in alkalischem Medium gestrichenes Papier ausgezeichnete Alterungseigenschaften. Deshalb werden voraussichtlich zumindest 20% aller gestrichenen Papierarten in alkalischem Medium gestrichen werden, obwohl nur eine kleine Anzahl von Streichmitteln für das alkalische Medium zu Verfügung steht.

Bisher wurde allerdings bei der Zugabe von feinteiligen Pigmenten zu in alkalischem Medium gestrichenem Papier eine spürbare Verschlechterung der durch das Streichen bewirkten Leimfestigkeit beobachtet, und es war schwierig, die optischen Eigenschaften der Pigmente beizubehalten. Dieser Verlust an optischen Eigenschaften, in erster Linie Opazität und Weißgrad, verursachte höhere Kosten für das in alkalischem Medium gestrichene Papier, weil ein teureres Pigment benötigt wurde, um eine gleiche Opazität z)i erzielen, wie sie ein mit Harz gestrichenes Papier aufweist Die Empfindlichkeit von in alkalischem Medium gestrichenem Papier gegenüber bestimmten Füllstoffen ist das Haupthindernis für eine wirtschaftliche Herstellung von in alkalischem Medium gestrichenem Papier. Angestrebt wird hinsichtlich der Menge der Streichpigmente (Füllstoffe und Verschnittpigmente), daß das Verhältnis von Füllstoff zu dimerem Alkylketen im Stoffauflaufkasten so klein wie möglich ist Gleichzeitig soll das zugegebene Alkylkeicn im Papier zurückgehalten werden, weil es die Leimfestigkeit des Papieres verbessert. Den bisher bekannten Streichpigmenten, also Füllstoffen und Verschnittpigmenten, wie gebäuchliche Natriumaluminiumsilicate, Aluminiumsilicate, Aluminiumoxidhydrate und Calciumsilicate fehlten diese wünschenswerten Eigenschaften.

Bestimmte feinteilige Verschnittpigmente, beispielsweise die aus der US-PS 27 39 073 bekannten Natriumaluminiumsilicate, sind zwar ausgezeichnete Verschnittpigmente für Titandioxid in mit Harz gestrichenem Papier, reagieren aber in unerwünschter Weise mit den Streichmassen, welche dimeres Alkylketen enthalten. Ein dimeres Alkylketen reagiert in basischem Medium wie eine schwache Säure, beispielsweise mit aktiven OH-Gruppen und mit dem aktiven Wasserstoff von Piperidin.

Das Streichen in alkalischem Medium wird für die Papierhersteller zunehmend wichtiger. Man erhält dabei nicht nur ein besonders dauerhaftes Papier; es können auch als Füllstoffe Calciumcarbonat sowie Abfälle von Kunstdruckpapier, das Calciumcarbonat enthält, verwendet werden. Es gibt verschiedene Unterschiede zwischen in alkalischem Medium gestrichenem und gleichartigem, mit Harz gestrichenem Papier: Dazu gehört die untere Grenze des Gehaltes an dimerem Alkylketen, unterhalb derer die Wirksamkeit der Leimfestigkeit sehr schnell abnimmt. Außerdem ist in alkalischem Medium gestrichenes Papier allgemein widerstandsfähiger als mit Harz gestrichenes Papier, aber die Opazität dieses Papieres ist allgemein nicht so hoch.

Die Wirksamkeit des Streichens hängt offenbar von der spezifischen Oberfläche der in der alkalischen streichmasse für Papier verwendeten Pigmente ab. Bei Verwendung eines Pigmentes mit geringer spezifischer Oberfläche erhält man allgemein ein Papier mit besserer Leimfestigkeit als bei Verwendung von Pigmenten mit einer größeren spezifischen Oberfläche von oberhalb 40 mVg. Wenn die Pigmentausbeute zunimmt, werden gleichzeitig die Leimfestigkeit und die optische Wirksamkeit verbessert; eine Verbesserung der Leimfestigkeit ergibt sich auch aus einem verstärkten Zurückhalten des Streiehmittels.

Um die bisher bekannten Schwierigkeiten zu überwinden, wurden bereits zahlreiche modifizierte Natriumaluminiumsilicat-Pigmente genannt, die in alkalischem Medium gestrichenem Papier zugesetzt werden sollen.

Aus der US-PS 35 82 379 sind Natriumaluminiumsilicat-Pigmente bekannt, die in der Papierindustrie und als

Füllstoff für Kautschuk verwendet werden. Erhalten werden sie durch Ausfällen einer Natriumsiljcatlösung mit einer Aluminiumsulfatlösung in Gegenwart einer Natriumsulfatlösung bei erhöhter Temperatur und bei alkalischem pH-Wert, wobei das gefällte Produkt in der Reaktionslösung mindestens 15 Minuten digeriert und schließlich das ausgefallene Pigment abgetrennt und getrocknet wird. In den Beispielen wird zwar angegeben, daß einige Teilchen größer als 0,5 μπι sind, und daß diese Pigmente in Zeitungspapier verwendet werden, Im übrigen werden nach diesem Stand der Technik überwiegend Teilchen auch im Bereich zwischen 0,02 bis 0,5 μπι erhalten. Hinweise darauf, daß sie sich als Streichpigmente insbesondere für in alkalischem Medium gestrichenes Papier eignen, sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen Natriumaluminiumsilicat-Pigmentes, das sich durch eine geringe spezifische Oberfläche und hohe Dichte auszeichnet, und das ein hochwirksames Streichpigment für das alkalische Streichen von Papieren darstellt, mit dessen Hilfe die oben genannten Schwierigkeiten bei den bekannten Verfahren überwunden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem im Hauptanspruch gekennzeichneten fein teiligen Natriumaluminiumsilicat-Streichpigment gelöst.

Es eignet sich vor allem für das Streichen von Papieren in alkalischem Medium und insbesondere für mit dimeren Alkylketenen gestrichenen Papieren und verbessert die I eimfestigkeit, den Weißgrad und die Opazität des Papieres. Das mit erfindungsgemäßem Streichpigment in alkalkxhem Medium gestrichene Papier zeichnet sich außer durch verbesserte Streicheigenschaften und eine verbesserte Opazität auch durch einen geringeren Herstellungspreis aus.

Die Leimfestigkeit steht in einem präzisem Zusammenhang mit der spezifischen Oberfläche, der Reaktionsfreudigkeit der Oberfläche und dem Zeta-Potential, der beim alkalischen Streichen von Papier verwendeten Pigmente. Das erfindungsgemäße Natriumaluminiumsilicat-Streichpigment ist gekennzeichnet durch eine geringe spezifische Oberfläche von 15 bis 40 m²/g, eine relativ hohe Teilchengröße entsprechend einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa i'Onm, eine hohe spezifische Masse von 237 g/cm³, und eine geringe Olaufnahme von 65 cm³ Öl je 100 g Pigment Seine Schüttdichte beträgt bei gerüttelter oder gestampfter Masse 0,49 bis 0,59 kg/1 und bei nicht gerüttelter oder gestampfter Masse 035 kg/1.

Das erfindungsgemäße Natriumalurniniumsilicat-Pigment scheint gegenüber anderen Pigmenten mit vergleichbarer spezifischer Oberfläche nicht so reaktionsfreudig zu sein und verringert aus diesem Grunde nicht die verfügbaren reaktionsfähigen Stellen in nachteiliger Weise. Es kann als Füllstoff angesehen werden, der als Träger für das Streichmittel dient, wobei die Besetzung der reaktionsfreudigen Stellen ausschließlich durch die Aktivität der Oberfläche bestimmt wird.

Bei der Ausfällung des Silicates wird so vorgegangen, daß das Reaktionsmedium im Verlauf des gesamten Ausfällungsvorganges einen pH-Wert von 8,8 bis 9,0 aufweist. Verwendet wird zur Ausfällung eine 10- bis 12gew.-%ige Natriumsulfatlösung, die bei etwa 6O⁰C im Verlauf von etwa 40 Minuten mit einer wäßrigen Natriumsilicatlösung und einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung versetzt wird. Das Gemisch wird auf etwa 7l°C erwärmt und mindestens 15 Minuten lang digeriert Der pH-Wert des Endproduktes liegt bei 9,5 bis 10,5, wenn die Reaktion beendet ist Nach beendeter Reaktion wird das gefällte Pigment abfiltriert und anschließend auf beliebig geeignete Weise getrocknet, beispielsweise durch Zerstäuben. Man erhält schließlich ein feines und zerreibbares, sehr weißes Pulver, das sich durch seine neuen bemerkenswerten Eigenschaften von allen anderen Kieselerden, Silicaten, Aluminiunvoxidhy- ! η draten oder ähnlichen Pigmenten unterscheidet

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung besonders vorteilhafter Durchfühmngsformen.

Beispiel 1

In einem 24,22 m³ fassenden Reaktionsbehälter, ausgestattet mit zwei Turbinen mit flachen Schaufeln, die mit 100 UpM liefen und horizontal auf einem handelsüblichen Rührwerk auflagen, wurden 4076 Liter einer wäßrigen 10- bis 12%igen Natriumsulfatlösung vorgelegt und auf 60⁰C erwärmt Darauf wurde das Rührwerk eingeschaltet und die Natriumsilicatlösung, enthaltend 240 g/l Silicat in einer Menge von 137 l/min unmittelbar in den von den Turbinen gebildeten Wirbel eingespeist Eine Minute nach Einspeisungsbeginn der Silicatlösung wurde mit dem Zulauf der Aluminiumsulfatlösung begonnec und zwar in einer Menge von 94,6 l/min und in einer Konzentration von etwa 300 g/l; diese Menge war notwendig, um den pH-Wert des

jo Reaktionsgemisches innerhalb von 5 ± 1 Minuten auf 9,0 zu senken. Sobald der pH-Wert des Reaktionsgemisches den Ausfällungswert von 9,0 erreicht hatte, wurde die Zulaufgeschwindigkeit der Aluminiumsulfatlösung auf 79,4 l/min verringert um den pH-Wert während des

J5 gesamten restlichen Reaktionsverlaufes bei 9 zu halten. Die Silicatzugabe wurde etwa 39 Minuten fortgesetzt; dann wurde die Einspeisung von Silicat- und Aluminiumsulfatlösung gleichzeitig unterbrochen. Das Gemisch wurde auf 7!°C erwärmt und während mindestens 15 Minuten digeriert, wodurch die anschließende Filtration verbessert wurde. Die Aufschlämmung wurde in einen Vorratsbehälter für das Filter und in einen Wärmetauscher geleitet, in welchem die Temperatur bei 60⁰C gehalten wurde. Die aus dem Filterkuchen sich ergebende Aufschlämmung wurde dann bis zum Filter-Becken gepumpt und auf einem unter Vakuum laufenden Trommelfilter die Sulfatlösung durch Waschwasser ersetzt. Der thixotrope Filterkuchen mit einem Gehalt an feuchtem Feststoff von etwa 35%, wurde mit

se einer Förderschnecke abgenommen und zu einem Kneter mit starker Scherwirkung für die Aufschlämmung gefördert; von dort wurde die Masse mit einer Verdrängungspumpe zu einem Zerstäubungstrockner gefördert und dort durch Zerstäubung getrocknet. Das pulverige Material wurde schließlich in einer vertikalen Schlagmühle nach Raymond zu einem sehr feinen Pulver vermählen.

Das sehr feine weiße Pulver war durch folgende Daten gekennzeichnet: Mittlere Teilchengröße 70 nm,

ω spezifische Oberfläche 15 bis 40 m²/g, Abrieb bestimmt im Valley-Test= 15 und spezifische Masse 2,37.

Chem. Analyse:	10,9%
Brennverlust	68,4%
SiO₂	10,1%
AI₂O₃	4,0%
Na₂O	4,1%
Na₂SO₄

Beispiel 2

Es wurde gemäß Beispiel 1 gearbeitet mit der Abwandlung, daß 4076±75 Liter einer 11 ±0,5% Natriumsulfat enthaltenden Lösung vorgelegt und die Temperatur bei 60 ± 5° C gehalten wurde.

Erhalten wurde ein feines weißes Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 70 nm, einer spezifischen Oberfläche von 40 bis 41 m^J/g, und einer spezifischen Masse von 2,22.

Chem. Analyse:

Brennverlust	11,2%
SiO₂	67,9%
Al₂O₃	10,4%
Na₂O	5,6%
Na₂SO₄	4,1%

Die Beziehung zwischen den Eigenschaften des Pigmentes und den kritischen Eigenschaften von in alkalischem Medium geleimtem bzw. gestrichenem Papier wurde mit Hilfe von unter verschiedenen Bedingungen handgeschöpftem Papier bestimmt. Die handgeschöpften Papierblätter hatten ein Papiergewicht von 21,7 kg für 500 Bogen ä 63,5 cm χ 96,5 cm. Nach dem Ablaufenlassen wurden die Blätter von dem Langsieb abgenommen, bevor sie getrocknet waren. Dies war notwendig, weil auf dem Langsieb getrocknetes dimeres Alkylketen hydrophob wird und die Papierblätter dann nicht mehr richtig geformt werden jo können.

Für das Handschöpfen wurde ein Stoffbrei aus gleichen Mengen gebleichtem Weichholz- und Hartholz-Kraftzellstoff in einer Konzentration von etwa 12% verwendet Der Stoffbrei wurde vor dem Gebrauch im Holländer nach Valley geschlagen bis zu einem Mahlgrad entsprechend einer Wassertrennung von 320 cm³ gemäß dem Canadian Standard Test Der pH-Wert des Stoffbreis wurde im Zuteiler mit Natriumbicarbonat auf pH-Wert 8,0 bis 8,2 eingestellt, für die Bewertungen unter alkalischen Bedingungen. Bei der Herstellung von mit Harz geleimten bzw. gestrichenen Bezugsbögen oder Blättern wurde Aluminiumsulfat bis zum pH-Wert 4,3 bis 4,8 zugegeben sowie 2% modifiziertes Harz als Pulver oder Paste. In den Zuteiler, d. h. in die Dosierungsvorrichtung wurden auch die Pigmente und die Retentionshilfsmittel zugegeben, ausgenommen in den Fällen, für die dies extra angegeben wird.

Die handgeschöpften Blätter wurden in einem Gang hergestellt, wenn nur ein oder zwei Pigmentsysteme hergestellt und erprobt wurden. In allen Fällen, in denen Systeme aus drei Pigmenten angewandt wurden, was den technischen Herstellungsprozessen entspricht, wurden die Abwässer in Umlauf gebracht und die ersten 5 Blätter verworfen. Genommen wurde der Mittelwert der Ergebnisse der 5 folgenden Blätter oder Bögen. In manchen Fällen wurden nicht gebräuchliche Einheiten oder Bögen verwendet. Viele Angaben sind in Form von ganzen zweistelligen Zahlen, die sich leicht vergleichen lassen, gemacht.

Die Leimfestigkeit oder Saugfähigkeit wurde nach der Tintenschwimmprobe ermittelt; angegeben wird die Zeit in Sekunden, in der 50% Spezial-Versuchtstinte Monsanto vom pH-Wert 1,5 bei 37⁰C in ein 6,45 cm² _b5 großes Papierstück eindringt, das auf der Tinte schwimmt. Die optischen Eigenschaften des Papiers werden als Weißgrarl nach TAPPI oder als Opazität nach TAPPI angegeben. Diese Eigenschaften hängen vom Füllstoffgehalt des Bogens und bis zu einem gewissen Grad auch von den Schwankungen oder Änderungen des Papiergewichtes ab. Die optische Wirksamkeit der Füllstoffe oder Füllstoffsysteme wird als Diffusionskoeffizient der Pigmente angegeben. Diese Koeffizienten werden nach den gebräuchlichen Gleichungen von Kubelka-Munk berechnet, in denen die Papiergewichte in g/m³ angegeben sind; die Ergebnisse werden jedoch mit 100 multipliziert, um ganze Zahlen zu erhalten. Die Festigkeitswerte werden als Reißlänge angegeben. Gebräuchliche Werte liegen im Bereich von 3000 bis 10 000 m; typische Reißlängen wurden zu 4000 bis 5000 m festgestellt Die Retention oder Füllstoffausbeute wird in Prozenten angegeben, aufgerundet auf ganze Zahlen und korrigiert durch den Aschegehalt eines nicht gefüllten Blattes und des Brennverlustes jedes der vorhandenen Pigmente. Ist im Papier mehr als ein Streichpigment vorhanden, so wird normalerweise davon ausgegangen, daß die Ausbeute für jedes Pigment der zugesetzte··. Jvlenge proportional ist.

Bei gebräuchlichen mit Harz und Aluminiumsulfat geleimten Papieren hängt der Grad der Leimfestigkeit ungefähr linear von der verwendeten Menge Produkt ab. Die dimeren Alkylketene bewirken jedoch nur eine sehr geringe Leimfestigkeit, solange nicht ein bestimmter Mindestgehalt erreicht ist; infolgedessen nimmt die Leimfestigkeit dann bei einer geringen Zugabe des Produktes plötzlich zu. Dieser Effekt wird in der folgenden Tabelle 1 erläutert

Tabelle 1

Ohne Füllstoff handgeschöpfte Blätter, 21,7 kg

dimeres Alkylketen (TrockenfeststofT) Leimfestigkeit
je Fasergewicht

0
36

5400
7200+

Da der Gehalt an dimeren Alkylketen kritisch ist, müssen alle Faktoren, die dessen Wirksamkeit oder Rückhaltung beeinflussen können, besonders sorgfältig überwacht und gesteuert werden.

Wegen der Empfindlichkeit der Leimfestigkeit von dimeren Alkylkeienen gegenüber bestimmten Füllstoffen muß eine möglichst gute Füllstoffausbeute erzielt werden; hierdurch wird das Verhältnis von Füllstoff zu Alkylketen-Dimeren im Stoffauflaufkasten verringert Die Retention des dimeren Alkylketens im Bläh kann gleichzeitig zunehmen; dies trägt zur Verbesserung der Leimfestigkeit des Papieres bei.

Es wurden verschiedene Retentionshilfsmittel, die fftr die Verwendung zur Herstellung von in alkalischem Milieu geleimten oder gestrichenen Papieren bestimmt sind, zusammen mit dimeren Alkylketenen und dem erfindungsgemäß vorgesehenen Pigment untersucht. Die Retentionshilfsmittel umfassen zahlreiche verschiedenartige chemische Substanzen. Eine erste Bewertung dieser in der Tdgendsn Tabelle 2 aufgefühlten Hilfsmittel zeigt, daß bestimmte Hilfsmittel mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Pigment verträglich

sind. Unter den geprüften Substanzen erwies sich ein handelsübliches Polypropylenamin als besonders wirksam und wurde infolgedessen für die weiteren Untersuchungen und Arbeiten verwendet.
In der Tabelle 2 sind alle Retentionshilfsmittel

Tiibellc 2

Hilfsmittel für die f-'üllstofTiuisbeule

aufgeführt, die bei der Herstellung von handgeschöpften Blättern verwendet wurden, Papiergewicht 21,7 kg für 500 Einheilen ä 63,5 cm χ 96,05 cm bei pH-Wert 8,2. Das erfindungsgemäD vorgesehene Natriumaluminiumsilicat wurde in einer Menge von 8,5% zugesetzt.

Hilfsmittel	% zugesetzt	% Natrium- iiluniiMiiinisilic.it	% Ausbeute
	-	1.78	21,0
Wasserlösliches organisches Polymer a)	0.05 0,10 0.20	4,83 6,50 6,55	57.0 76,5 77,0
Wasserlösliches organisches Polymer b)	0.05 0.10 0.20	5.10 6,80 6.75	60.0 80.0 79,0
Polypropylenamin	0,05 0,10 0.20	3,22 4,80 6.43	38.0 56,5 76,0
Kationisches Derivat eines Guarpflan/.cngummis	0,05 (1.10 0.20	3,92 5,07 6,00	46,0 59,5 70.5

Die in Tabelle 2 wiedergegebene Untersuchung der Retentionshilfsmittel und ihre Wirksamkeit bezüglich der Füllstoffausbeute für das erfindungsgemäß vorgesehene Pigment in einem in alkalischem Medium geleimten Papierblatt zeigt, daß die Hilfsmittel wasserlösliches Polymer und kationisches Derivat eines Guarpflanzengummis mindestens ebenso wirksam sind wie Polypropylenamin.

In der Annahme, daß bei der Papierherstellung die Reihenfolge der Zugabe von Pigment, dimerem Alkylketen und Retentionshilfsmittel eine gewisse Bedeutung hat. wurden sechs verschiedene Reihenfolgen der Zugabe untersucht und gemessen. Keine der geprüften Reihenfolgen erwies sich als entscheidentd vorteilhaft. Bei der Herstellung von handgeschöpftem Papier tritt aber nicht die starke Scherwirkung auf, wie bei der maschinellen Papierherstellung, d. h., daß möglicherweise die Reihenfolge der Zugabe bei der

Tabelle 3

TiCK und Pigment (feinkörnig)

handwerklichen Herstellung nicht mit Genauigkeit gemessen werden kann. Aus Arbeiien anderer auf einer halbtechnischen Fourdrinier-Anlage ist bekannt, daß das dimere Alkylketen und das Hilfsmittel für die Füllstoffausbeute so spät wie möglich zugegeben werden sollen.

Als Füllstoffe für Papier, das bei pH-Wert 8.2 hergestellt und in alkalischem Medium geleimt bzw. gestrichen worden war, wurden Titandioxid, weitere handelsübliche Füllstoffe und das erfindungsgemäße Streichpigment eingesetzt. In der folgenden Tabelle 3 sind die verschiedenen Streichpigmente und ihr Wirkungsgrad, ausgedrück! als Leimfestigkeit in Sekunden angegeben.

Eine gute Leimfestigkeit wurde mit Titandioxid, einem handelsüblichen hydratisiertem Aluminiumoxid sowie dem erfindungsgemäß vorgesehenen Natriumaluminiumsilicat erzielt.

Pigment

zugegeben

% zurückgehalten spez. Oberfläche

m²/g

Leimfestigkeit

DilTusionskoeffizient

TiO₂ 3,7 61

hydratisiertes Aluminiumoxid 710 3.5 46

gefälltes hydratisiertes SiO_; 3,5 45

synth. feinteiliger Zeolith 3,8 23

erfind.-gem. Natriumaluminiumsilicat 3,5 71

1800+
1800+

0
1800+

39
22
21
14
20

Untersucht wurde eine gewisse Anzahl von bekann- _bi ehern gute Ergebnisse hinsichtlich der Leimfestigkeit

ten Natriurr.aiurr.iniumsilJcatcn beim Leimen bzw. erzielt wurden, war das durch ein hydrothermisches

Streichen von Papier im alkalischen Medium. Das Verfahren unter erhöhtem Druck und Temperatur

einzige modifizierte Natriumaluminiumsilicat, mit wel- hergestellte Produkt mit beträchtlich verringerter

spezifischer Oberfläche.

Bei der handwerklichen Herstellung von Papierblättern, die sich so weit wie möglich an die tatsächlichen Bedingungen einer Papierfabrik anlehnte, wurden drei Füllstoffsysteme in den handgeschöpften Blättern verwendet und die Abwasser in Umlauf gebracht. Die ersten fünf Blätter wurden verworfen; die Messungen wurien mit den nächsten fünf Blättern durchgeführt und der Mittelwert ermittelt.

Die Ergebnisse bestätigten zum großen Teil die vorausgegangenen Versuche. Sie zeigtet vor allem, daß ein Natriumaluminiumsilicat sich ebenso gut verhält wie ein TiO.i-Streichpigment für im alkalischen Medium geleimtes oder gestrichenes Papier. Die Ergebnisse bestätigten auch die Bedeutung einer sehr hohen Füllstoffausbeute. Schließlich ergab sich, daß bei Zugabe von Calciumcarbonat anstelle von Ton beim Leimen oder Streichen von Papier im alkalischen Medium ein Papier mit ebenso Euten optischen Eigenschaften erhalten wurde, wie beim Arbeiten mit Ton und bekannten Streich- oder Leimungsmitteln auf der Basis von Aluminiumsulfat und Harz.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Streichpigmente eignen sich, wie bereits angegeben, in besonderer Weise als Streichpigmente für in alkalischem Medium geleimtes oder gestrichenes Papier. Sie eignen sich weiterhin für hochwertige Papiere sowie für die mit Aluminiumsulfat und Harz in saurem Medium geleimten oder gestrichenen Papiere.

Das erfindungsgemäße Produkt wurde weiter mit dem aus der US-PS 28 48 346 bekannten Natriumaluminiumsilicat-Pigment verglichen und folgende Unterschiede bei den Herstellungsverfahren beachtet:

(1) pH-Wert:

erfindungsgemäß 8 8-9,0;

nach dem Stand der Technik 10,4 - 10,9.

(2) Erfindungsgemäß wurde die Reaktionstemperatur bei 60±3°C und die Natriumsulfatkonzentration des Reaktionsmediums bei 11 Gew.-% mit außerordentlich guter Annäherung gehalten: bei den bekannten Verfahren nach der US-PS waren weder Temperatur noch Natriumsulfatkonzentration konstant.

(3) F.rfindungsgemäß wurde die Zeit für die Zugabe des überschüssigen Natriumsilicates und die Zeit, innerhalb welcher der pH-Wert der Reaktionsaufschlämmung auf den pH-Wert für die Ausfällung gebracht werden soll, bestimmt; dies war bei dem Verfahren nach der US-PS nicht notwendig.

Das Pigment nach der Erfindung (a) und das bekannte Natriumaluminiumsilicat (b) unterscheiden sich auch hinsichtlich ihrer Eigenschaften.

ipe/. M;issc spe/. Oberfläche Öl-.\ufn;ihme

g/cm' nr/g cm³/100 g

Weißgrad

Teilchen-0
nm

Dichte

i/cm'

a) 2.37

b) 2.10

60-80
105-125

92
92

72
40

0.55
0,32

Das Produkt nach der Erfindung zeigte
bekannten Produkt gegenüber folgende Vorteile:

(1) Verringerte Produktionskosten dank der hohen Dichte des neuen Produktes;

(2) Einsparungen beim Lagern, Transport, Einlagern und Aufbewahren infolge eines verringerten Volumens je Gewichtseinheit;

(3) Überlegenheit bei der Beibehaltung der Leimfestigkeit ohne Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften;

(4) unerwartete Eigenschaft des neuen Pigmentes: es

Tabelle 4

eignet sich hervorragend als Verschnittpigment bei der Herstellung von mit Aluminiumsulfat und Harz in saurem Medium geleimten Papieren.

In der folgenden Tabelle 4 werden die verschiedenen Ergebnisse für die erfindungsgemäßen Aluminiumsilicate und die bekannten Produkte beim Leimen von Papier in alkalischem Medium einander gegenübergestellt. Verwendet wurden je 50% gebleichter Kraft-Zellstoff aus Harzholz und aus Weichholz; pH = 8,2; die Leimung erfolgte mit 03% dimerem Keten; Retentionshilfsmittel Polypropylenamin 0,1%; Papiergewicht 74 g/m².

Füll	Gehalt, %	TAPPI-Opazitat bezogen	auf	Leimfestigkeit, s	4	6
stoff	TAPPI-Weißgrad (Elrepho)	Grundgewicht
		0 2 4	6
	0 2 4 6		0 2

84,1

81,2

600+

84,5
84.7

85,6
85,7

86,1
86,2

83,3
83,2

85,1
85,0

600+
140

600+
15

600+
0

Claims

Patentansprüche:

1. FeJnteiliges Natriumaluminiumsilicat-Streichpigment für Papiere, erhalten durch Ausfällen einer Natriumsilicatlösung mit einer Aluminiumsulfatlösung in Gegenwart einer Natriumsulfatlösung bei erhöhter Temperatur und alkalischem pH-Wert, wobei das gefällte Produkt in der Reaktionslösung mindestens 15 Minuten digeriert, schließlich das ausgefallene Pigment abgetrennt und getrocknet worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Streichpigment mit einer spezifischen Oberfläche von 15 bis 40 m²/g, einer mittleren Korngröße von etwa 70 nm, einer spezifischen Masse von etwa 237 sowie einer geringen Öl-Aufnahme von etwa 65 cm³ öl je 100 g Pigment zur Fällung eine wäßrige, 10- bis 12gew.-°/oige Natriumsulfatlösung bei etwa 60⁰C im Verlauf von etwa 40 Minuten mit einer wäßrigen Natriumsilicatlösung und einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung versetzt worden der pH-Wert bei 8,8 bis 9,0 gehalten und das Gemisch auf 7 Γ C erwärmt worden ist

2. Verwendung des Streichpigments nach Anspruch 1 für alkalische Streichmassen für Papiere, insbesondere für mit dimeren Alkylketenen gestrichene Papiere.