DE2243516C2

DE2243516C2 - Pigmentstreichmassen für Papier

Info

Publication number: DE2243516C2
Application number: DE19722243516
Authority: DE
Inventors: Julianus Dilbeek Vesters
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1971-09-29
Filing date: 1972-09-05
Publication date: 1984-02-16
Also published as: BE773223A; IT963925B; DE2243516A1; FR2154614A1; FR2154614B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Streichmasse für Pp-pier zur Erzielung einer matten Oberfläche, enthaltend In wäßriger Dispersion Calciumcarbonat und ein Bindemittel, wobei das Calciumcarbonat in Form von Teilchen vorliegt, von denen ein Teil einen mittleren Effektivdurchrnesser von wenigstens gleich 3 μιη besitzt und ein anderer Teil einen mittleren Effektivdurchmesser unterhalb von 1 μίτι besitzt.

Kaolin Ist das am weitverbreitetsten In wäßriger Dispersion zum Streichen von Papier angewandte Pigment. Jedoch führt die Verwendung von Streichmassen auf Basis von Kaolin zur Gewinnung eines Glanzpapiers, und der Druck auf einem solchen Papier weist den Nachteil auf, daß beim Leser eine visuelle Müdigkeit hervorgerufen wird und wegen des Glanzes des bedruckten Trägers kein bequemes Lesen oder Betrachten möglich Ist. Ein Druckträger mit matter Beschichtung wird seit langer Zelt gewünscht, jedoch weisen die derzeit angewandten Verfahren oder Massen zur Erzielung einer solchen Oberflächenbeschaffenhelt von Papier verschiedene Nachtelle auf.

Ein gemäß Stand der Technik vorgeschlagenes MIttel zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses besteht darin, das gestrichene Papier durch Durchführen zwischen Zylindern zu kalandrieren, deren Oberflächen entweder durch Sandstrahlen oder durch Ätzen mattiert wurden, siehe »Das Papier«, Oktober (1970), Nr. 1OA, S. 64.

Eine weitere Arbeitswelse Ist aus der belgischen Patentschrift 7 10 543 bekannt und besteht darin, zusammen mit dem Kaolin natürliches, grob zerkleinertes Calciumcarbonat zu verwenden. Dieses Calciumcarbonat zeichnet sich durch einen mittleren. Mindesteffektlvdurchmesser der Teilchen von 2 μηι aus. Diese Massen müssen jedoch mit Hilfe einer wesentlichen Klebstoffmenge gebunden werden, um einem Herausreißen in Druckwerken mit großer Geschwindigkeit zu widerstehen. Schließlich benötigt das erhaltene Papier mehr als das Zweifache der auf einem Glanzpapier für gewöhnlich verwendeten Druckfarbenmenge, wodurch eine schlechte Bildbegrenzung bei Qualitätsdrucken hervorgerufen wird.

Um ein zu tiefes Eindringen der Druckfarbe in die Beschichtung bzw. dem Strich zu vermelden, wurde insbesondere das Einbringen eines Drittels von sehr feinem Pigment, z. B. Aluminiumsilikat, zu dem Kaolin und dem natürlichen Carbonat vorgeschlagen, siehe Tappi Coating Conference, Mal 1970, Preprint, S. 301 ff.

Das bei der Papierherstellung verwendete Calciumcarbonat liegt im allgemeinen in drei unterschiedlichen Korngrößenbereichen vor, wobei es eine gröbere Fraktion mit einem Durchmesser der Teilchen von gleich oder weniger 10 μιη, eine mittlere Fraktion mit einem Durchmesser der Teilchen gleich oder unter 5 μηι und eine feine Fraktion mit einem Durchmesser der Teilchen gleich oder unter 2 μτη umfaßt, siehe Technical Association Papers, 29. Series, Juni 1946, S. 62 bis 66. Gemäß der Arbeltsweise der DE-AS 12 40 384 wird das zum Streichen von Papier verwendete Calciumcarbonat aus der feinen Fraktion ausgewählt, wobei Insbesondere Calciumcarbonat verwendet wird, deren Teilchen einen mittleren Durchmesser zwischen 0,05 und 0,3 μτη besitzen. Gemäß der US-Patentschrift 23 23 550 wird ein CaI-clumcarbonatpulver verwendet, dessen Korngrößenverteilung dem Gesetz von Rosin-Rammler entspricht, wobei der mittlere Durchmesser der Teilchen 3,7 μηι beträgt und wenigstens 17 Gew.-% der Teilchen einen mittleren Durchmesser von gleich oder unter 1 μιη besitzen.

Es wurde außerdem beobachtet, daß das gestrichene Papier beim Herstellen des Papierstrichs mit Calciumcarbonat als einzigem Pigment einen um so stärkeren Glanz besitzt, je feiner das verwendete, natürliche Calciumcarbonat Ist.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die Herstellung von Papierstreichmassen mit dem Ziel, der Erzielung einer matten Oberflächenbeschaffenhelt möglich Ist, welche nicht die Nachtelle von bekannten Massen aufweisen, wobei ein besonderes Gemisch von Pigmenten, die Calciumcarbonatteilchen enthalten, verwendet wird.

Die Erfindung betrifft daher eine Streichmasse der zuvor beschriebenen Art, die dadurch gekennzeichnet Ist, daß die Calciumcarbonatteilchen, deren mittlerer Effektivdurchmesser wenigstens gleich 3 μιη ist. In einer Menge zwischen 60 und 9096 des Gesamtgewichts des Calciumcarbonate der wäßrigen Dispersion vorliegen, und daß die Teilchen, deren mittlerer Effektivdurchmesser unterhalb von 1 μηι liegt, In einer Menge zwischen 10 und 40% des Gesamtgewichts des Calciumcarbonate der wäßrigen Dispersion vorhanden sind und einen mittleren Effektivdurchmesser zwischen 0,06 und 0,08 μπι aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der mittlere Effektivdurchmesser der Calciumcarbonatteilchen der wäßrigen Dispersion maximal gleich 5 μπι.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Calciumcarbonat der wäßrigen Dispersion, wel-

ches Im Zustand von Teilchen mit einem mittleren Effektivdurchmesser von wenigstens gleich 3 μπι vorliegt, natürliches Calciumcarbonat, und das Calciumcarbonat, welches in Form von Teilchen mit einem mittleren Effektivdurchmesser zwischen 0,06 und 0,08 μπι vorliegt, ist gefälltes Calciumcarbonat.

Insbesondere verwendet man als grobes Pigment Calciumcarbonat, dessen Korngrößenverteilung, dargestellt als mittlerer Effektivdurchmesser, zwischen 3 und 5 μπι liegt, siehe Norm ASTM D 422.

Die Teilchen des feinen Pigmentes besitzen vorzugsweise eine kubische, abgerundete Form, so daß sie die zwischen den Teilchen des groben Pigmentes vorliegenden Zwischenräume besser ausfüllen.

Massen, in denen der Gehalt an Teilchen des groben Pigmentes oberhalb von 90% liegt, ergeben nach dem Streichen eine zu rauhe Oberflächenbeschaffenheit, welche einen zu großen Druckfarbenbedarf hat, während Massen, in denen der Gehalt unterhalb von 60% liegt, eine halbmatte, einen zu starken Glanz aufweisende 2» Oberflächenbeschaffenheit besitzen.

Die Verwendung von Teilchen des groben Pigmentes mit einem mittleren Effektivdurchmesser unterhalb von 3 μπι führt ebenfalls zur Herstellung einer halbmatten Oberflächenbeschaffenheit mit einem zu starken Glanz.

Die Herstellung eines ausreichend weichen, gestrichenen Papiers erfordert eine Stärke der Schicht bzw. des Striches, die nicht zu groß sein darf, d. h., In der Größenordnung von etwa 10μm = 20g/m² Beschichtung liegt. Wenn man daher eine solche Papierweichheit beibehal- «1 ten will, verwendet man als Teilchen des groben Pigmentes vorzugsweise Teilchen, deren mittlerer Effektivdurchmesser 5 μπι nicht übersteigt (dies schließt jedoch das Vorhandensein von Teilchen mit einem Durchmesser von 10 μίτι ein). Die Verwendung von Teilchen mit r> einem größeren, mittleren Effektivdurchmesser würde bei Beschichtungsdlcken von 10 μίτι Oberflächenunregelmäßigkeiten als Folge des Vorhandenseins von zu groben Teilchen mit sich bringen, welche Vorsprünge bilden würden, oder sie würde die Ablagerung einer dickeren w Schicht erfordern, um solche Oberflächenunregelmäßigkelten zu vermelden, wobei jedoch die Weichheit des Papiers beeinträchtigt würde.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Streichmasse können Kreide, Kalkstein oder Dolomit als grobes Pig- -π ment verwendet werden.

Die erfindungsgemäßen Papierstrelchmassen ermöglichen die Herstellung eines matten Striches, der nach dem Kalandrieren mit 50 kg/cm linear auf einem polierten Zylinder bei einem Einfalls- und Reflexionswinkel ">" von 75° einen Glanz zwischen 10 und 20% liefert, gemessen entsprechend der Norm ASTM D 1223. Bei der Anwendung dieser Glanzmeßmethode kann jeder Strich bzw. jede Beschichtung mit einem Glanz unterhalb von 20% als matt betrachtet werden. ">">

Die erfindungsgemäßen Pigmentkombinationen zeichnen sich welter durch einen geringen Bedarf an Bindemittel aus, und das erhaltene, gestrichene Papier kann mit Druckfarbenmengen bedruckt werden, welche den häufig von Druckern zum Druck von Glanzpapier ver- ^M) wendeten Mengen äquivalent sind.

Darüber hinaus Ist der auf dem Papier hergestellte Strich so mikroporös, daß er die Druckfarbe leichter festhält, als eine gewöhnliche Kaolinschicht, wodurch Makulatur vermieden wird. Der Druck mit Glanzdruckfarben ^b5 wirft überhaupt keine Schwierigkeiten auf.

Als grobes Pigment wird Kreide bevorzugt, da sie eine stärkere Opazität als die anderen, natürlichen Carbonate ergibt. Darüber hinaus kann die Opazität der Schicht noch verbessert werden, indem bekannte, undurchsichtig machende Pigmente wie Titandioxid, Satinweiß usw. in die Masse eingebracht werden. Die Konzentration dieser Pigmente muß unterhalb von 10% und vorzugsweise 5% bezogen auf das Gesamtgewicht der Pigmente gehalten werden, und der elektronenmikroskopisch gemessene mittlere Durchmesser ihrer Teilchen muß unterhalb 0,4 μπι bleiben.

Im Hinblick auf die Streichvorrichtung für das Papier besitzen die erfindungsgemäßen Streichmassen dasselbe Theologische Verhalten wie die klassischen Streichmassen aus Kaolin bei manchmal höheren Konzentrationen an Trockenstoffen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert. In allen Beispielen wurde ein Strich von 20 g/m² auf AFNOR IV-Papier aufgebracht, welches anschließend mit 50 kg /cm kalandriert wurde. Das Konditionieren des Papiers wurde bei 23° C und 55% relativer Feuchtigkeit durchgeführt.

Beispiel 1

Es wurde eine Streichmasse hergestellt, indem folgen- · des Gemisch in wäßrige Dispersion überführt wurde:

80 g zerkleinerter Kalkstein mit einem mittleren

Effektivdurchmesser von 4 μπι 20 g gefälltes Calciumcarbonat mit einem mittleren Durchmesser von 0,07 μΐη 7,5 g Stärke
5 g Butadlen-Styrollatex.

Das Beschichten wurde bei einem Trockenstoffgehalt von 66% auf AFNOR IV-Papier wie zuvor beschrieben durchgeführt.

Der unter einem Einfalls- und Reflexionswinkel von 75° gemessene Glanz betrug 16,4%, und der Beginn des Herausrupfens der Beschichtung erfolgte bei einer Druckgeschwindigkeit von 110 cm/sec mit einer Druckfarbe mit einer Viskosität von 26,0 Pas.

Zum Vergleich wurde unter denselben Bedingungen ein Kaolinstrich aufgebracht. Die Beschichtung wurde bei 64,8% Trockenstoffen durchgeführt. Der gemessene Glanz betrug 62%, und der Beginn des Herausrupfens der Beschichtung erfolgt bei einer Druckgeschwindigkeit von 70 cm/sec.

Beispiel 2

Es wurde eine Streichmasse hergestellt, indem folgendes Gemisch in wäßriger Dispersion überführt wurde:

60 g Kreide mit einem mittleren Effektivdurchmesser von 3,5 μηι

30 g gefälltes Calciumcarbonat mit einem mittleren Durchmesser von 0,07 μιτι

5 g Satinweiß (Calciumsulfoalumliiat) 9 g Stärke

6 g Butadien-Styrollatex.

Das Streichen wurde bei einem Trockenstoffgehalt von 58% durchgeführt. Der gemessene Glanz betrug 15,2% und der Beginn des Herausrupfens erfolgte bei einer Druckgeschwindigkeit von 100 cm/sec.

Beispiel 3

Es wurde eine Streichmasse hergestellt, Indem das folgende Gemisch In wäßrige Dispersion überführt wurde:

75 g Kreide mit einem mittleren Effektivdurchmesser von.4 μπι

20 g gefälltes Calciumcarbonat mit einem mittleren

Durchmesser von 0,07 μπι
5 g Titandioxid

5 g Stärke

6 g Butadien-Styrollatex.

Das Streichen wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt, der bei 75° gemessene Glanz betrug 14%, und der Beginn des Herausrupfens erfolgte bei 120cni/sec.

Beispiel 4

Es wurden zwei identische Streichmassen hergestellt, in denen jedoch die Korngrößenverteilung der Kreide variiert wurde. Diese Streichmassen wurden durch Überführung der folgenden Bestandteile in wäßrige Dispersion hergestellt:

60 g Kreide

40 g gefälltes Calciumcarbonat mit einem mittleren Durchmesser von 0,07 μπι

6 g Stärke

7 g Butadien-Styrollatex.

Es wurden die in der folgenden Tabelle 1 aufgeführten Ergebnisse erhalten:

Tabelle I

mittlerer effektiver
Durchmesser der Kreide

Glanz bei ?5^C

4,2 μίτΐ
3,0 μΓΠ

17%
21%

Hieraus ergibt sich, daß der bei 75° gemessene Glanz für einen Gemischgrenzwert, bei dem 60% der Teilchen einen mittleren Effektivdurchmesser von 3 μιη besitzen, 21% beträgt, dies entspricht dem Grenzwert für eine matte Oberflächenbeschaffenheit.

ίο

Beispiel 5

Unter denselben Bedingungen wie in den vorherigen Beispielen wurden Massen aufgetragen, bei denen das Verhältnis Kreide/feines, gefälltes Calciumcarbonat entsprechend den folgenden Verhältnissen variierte: 50/50, 60/40, 70/30, 80/20, 90/10.

Die zur Herstellung dieser Massen verwendete Kreide besaß einen mittleren Effektivdurchmesser von 4 μίτι.

Das verwendete, gefällte Calciumcarbonat besaß einen mittleren Durchmesser von 0,07 μηι.

Das Bindemittel bzw. der Leim bestand aus 5 g Stärk» und 6 g Butadien-Styrollatex pro 100 g der Pigmente.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II aufgeführt:

Tabelle Il

Masse Kreide (g) gefälltes Calciumcarbonat (g)

Glanz, gemessen bei 75°

A	50	50	25,0
B	60	40	19,5
C	70	30	15,0
D	80	20	12,0
E	90	10	11,0

Hieraus ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen Gemische, d. h. bei denen das Verhältnis Kreide/gefälltes Calciumcarbonat zwischen 60/40 und 90/10 liegt, nach dem Streichen eine matte Oberflächenbeschaffenheit ergeben, deren Glanz bei 75° zwischen 10% und 20% liegt.

Ein Gemisch mit einem 50/50-Verhältnls ergibt eine zu glänzende Oberflächenbeschaffenheit.

Der Beginn des Herausrupfens der Beschichtung erfolgt bei den erfindungsgemäßen Massen B, C, D und E erst ab einer Druckgeschwindigkeit von lOOcm/sec.

Claims

Patentansprüche:

1. Streichmasse für Papier zur Erzielung einer matten Oberfläche, enthaltend in wäßriger Dispersion CaI-ciumcarbonat und ein Bindemittel, wobei das Calciumcarbonat in Form von Teilchen vorliegt, von denen ein Teil einen mittleren Effektivdurchmesser von wenigstens gleich 3 μιη besitzt und ein anderer Teil einen mittleren Effektivdurchrnesser unterhalb von 1 μπι besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Calciumcarbonatteilchen, deren mittlerer Effektivdurchmesser wenigstens gleich 3 um ist, in einer Menge zwischen 60 und 90% des Gesamtgewichtes des Calciumcarbonate der wäßrigen Dispersion vorliegen, und daß die Teilchen, deren mittlerer Effektivdurchmesser unterhalb von 1 μιη liegt. In einer Menge zwischen 10 und 40% des Gesamtgewichtes des Calciumcarbonats der wäßrigen Dispersion vorhanden sind und einen mittleren Effektivdurchmesser zwischen 0,06 und 0,08 μιη aufweisen.

2. Streichmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Effektivdurchmesser der Calciumcarbonatteilchen der wäßrigen Dispersion maximal gleich 5 μπι beträgt.

3. Streichmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumcarbonat der wäßrigen Dispersion, welches im Zustand von Teilchen mit einem mittleren Effektivdurchmesser von wenigstens gleich 3 μιη vorliegt, natürliches Calciumcarbonat ist, und daß das Calciumcarbonat, welches in Form von Teilchen mit einem mittleren Effektivdurchmesser zwischen 0.06 und 0,08 μτη vorliegt, gefälltes Calci- · umcarbonat 1st.

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