DE2302044A1

DE2302044A1 - Waessrige all-latex-klebstoff-ueberzugsmasse

Info

Publication number: DE2302044A1
Application number: DE2302044A
Authority: DE
Inventors: Jun Philo Burton Cressey
Original assignee: Scott Paper Co
Current assignee: Kimberly Clark Tissue Co
Priority date: 1972-01-14
Filing date: 1973-01-12
Publication date: 1973-07-19
Also published as: JPS4881924A; CA999090A; DE2302044C2; US3832216A; NL7300445A; FR2173940A1; IT976892B; BE793933A; ES410582A1; GB1377717A; FR2173940B1; JPS5321015B2

Description

BERLIN 33 8MÜNCHEN27 Augurte-Viktorla-StraBe 6S Dr.-Ιπα. HANS RUSCHKE Plenzenauer Straße 2 Pat.-Anw. Dr. Ruschke , ,,,-■»■-» » ^ ■ ■ ■ » ■-. Pat.-Anwalt Agular

Te.efon:0S11/£?°* Dipl.-lng. HEINZ AGULAR Telefon: 0811/«°f*

Telegramm-Adresse: PATENTANWÄLTE Telegramm-Adresse: Quadratur Berlin Quadratur München

S 1472

Scott Pauer Company, Industrial Highway at Tinicum Island Road, Delaware County, Pennsylvania, V.8t.A.

Wäßrige All-Latex-Klebstoff-Überzugsmasse

Die vorliegende Erfindung "betrifft wäßrige Papier-Überzugsmassen, die Latex als einzigen Klebstoff enthalten, und Überzugsverfahren unter Verwendung solcher Massen, insbesondere das Gußüberziehen von Papier und Karton.

Papier-Überzugsmassen enthalten zwei wesentliche Elemente: Ein Pigment und einen Klebstoff oder Binder, welcher das Pigment an den Papiergrund bindet. Das Gußüberzugsverfahren zum Überziehen von Papier besteht darin, daß man eine wäßrige Masse auf ein Papierpewebe oder einen Träger aufträgt; die überzogene Oberfläche des Papiers gegen eine rjolierte, erhitzte Poliortrommel preßt; und die überzogene Oberfläche des PaOiererewebes in innigem nichterleitendem Kontakt mit

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der Trommel infolge Adhäsion hält, bis der Überzug getrocknet ist, worauf das Papier von der Trommel getrennt wird. Dieses Verfahren liefert das Spiegelbild der Poliertrommeloberfläche auf der überzogenen Oberfläche des Papiers. Als Ergebnis weist das so hergestellte überzogene Papier einen sehr starken Glanz auf und kann tatsächlich eine erhöhte Dichte gegenüber dem nichtüberzogenen Grundmaterial zeigen, welches sich aus dem Eindringen von Feuchtigkeit in das nuellbare, fasrige Rohmaterial während der Überzugs- und Polierschritte ergibt.

Bei dem Gußuberzugsverfahren, wie es von den Erfindern praktiziert wird, befindet sich die Oberfläche der Poliertrommel auf mehr als 100 ⁰C, z.B. zwischen 120 und 15o ⁰C, lind der Druck in Haltewalzen, wo das überzogene Papier gegen die Poliertrommel gedrückt wird, ist größer als der Damofdruck von Wasser bei dieser Temperatur, was sämtlichvon Hart in der US-Patentschrift 2 919 2o5, die der Anmelderin gehört, gelehrt wird. Zusätzlich wird bei Verwendung der überzüge der vorliegenden Erfindung ein Bad aus siedendem Wassor in den Gußhaltewalzen vorgegeben. Der aus diesem Bad entweichend^ Dampf hält Luft von den Haltewa]zen (i.Orig. nip) fern und verhindert die Bildung von Luftblasen in dem Übe'-7.Hf.

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Durch den Dampf und siedendes Wasser gelieferte Feuchtigkeit dient auch dazu, den Überzug kurz vor dem Kontakt mit der Gußtrommel erneut zu "benetzen, so daß eine gute Bindung des Überzuges an der Trommeloberflache gefördert wird. Siehe die US-Patentschrift 2 950 989 von Freeman, die von der Anmelderin gehalten wird.

Ergebnis der soeben beschriebenen Erfindungen ist, daß weit größere Gußüberzugsgeschwindigkeiten möglich sind, als sie von der bisherigen Technik bis zu jenem Datum gelehrt wurden. Diese Geschwindigkeitszunahme geht auf die größere Trocknungskapazität zurück, welche zur Verfügung steht, wenn die Gußtrommeltemperatur über 100 C angehoben wird. Hart erhöhte die Haltewalzendrucke über den Verdampfungspunkt des Wassers bei einer gegebenen Temperatur, um eine zu plötzliche Verdampfung von Wasser in dem Überzug und Grundmaterial bei diesen erhöhten Temperaturen und die resultierende heftige Trennung des überzogenen Papiergewebes zu vermeiden. Kurze Ze.it später fand Freeman unerwarteterweise, daß Wasserdampf und siedendes Wasser in den Gußhaltewalzen benutzt werden könnte, ohne eine übermäßige Stoetzung und nachfolgende Trennung der gegossenen Papieroberfläche hervorzurufen. Obvjohl diese Techniken von Hart und Freeman einen

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weitaus rascheren Betrieb gestatten (76,2 m pro min. oder mehr), als nach der Technik als möglich erachtet wurde, setzen solche extremen Bedingungen an Wärme und Druck in Gegenwart der Haltewalzenfeuchtigkeit hohe physikalische Anforderungen bei dem verwendeten Überzug voraus.

Um größtmöglichen Nutzen aus den Lehren von Hart und Freeman zu ziehen, wurden Überzüge entwickelt, welche geliert oder koaguliert waren, bevor sie die Gußhaltewalzen erreichten, und wiesen somit eine höhere Festigkeit gegenüber den trennenden Haltewalzkraften auf. Daneben waren solche Überzüge wasserbeständig und nicht dem Auswaschen unterworfen, wenn sie mit einem Bad aus siedendem Wasser in den Gußhaltewalzen in Kntakt gebracht wurden. Diese gelierten Überzüge bestanden aus zwei Grundtypen: säuregeliert, wie sie in der US-Patent schrift 3 o78 181 beschrieben werden, und wärmegeliert der in der US-Patentschrift 3 $56 517 beschriebenen Art, beides Patente der Anmelderin. Derartige Überzüge haben ausgezeichnete Endprodukte geliefert, wenn sie in Verbindung mit den Lehren der Hart- und Freeman-Patente (oben zitiert) angewendet wurden; die jüngsten Anstrengungen beim Gußüberziehen sind mit gelierten Überzügen des einen oder anderen Typs unternommen worden.

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Solche gelierten Überzugssysteme sind jedoch nicht ohne Nachteile. Wie in der USPatentschrift 3 $56 517, Spalte 2, Zeile 2o-41, dargelegt wird, leiden die Säure-Gel-Systeme unter der Empfindlichkeit der pH-Regelung und unter den Korrosionswirkungen der verwendeten Säure. Die durch die gleiche US-Patentschrift 3 356 5^7 empfohlenen Wärme-Gel-Systeme und jene der US-Patentschrift 3 377 192 sind selbst Schwierigkeiten untaworfen, wenn auch einer anderen Art. Es muß eine außerordentlich sorgfältige Kontrolle über die Überzugszusammensetzungsmangen und das Verfahren zur Komponentenzugabe aufrecht erhalten werden, um die gewünschte Gelierung möglich zu machen. Die Temperatur muß innerhalb enger Grenzen eingeregelt werden, sowohl während der Überzugsherstellung als auch der -auftragung. Solche Überzüge sind sogar gegenüber Umgebungsbedingungen empfindlich, insbesondere während des heißen Sommerwetters. Die Komplexizität der Überzüge und Reihenfolge der Zugabe macht lange Anlaufzeiten bei nahezu konstanter Aufmerksamkeit seitens eines Operators notwendig. Ein solcher Zeitfaktor addiert sich unerwünschtermaßen zu den Laborkosten.

Aus all den voranstehenden Gründen iffürde es äußerst erwünscht sein, die Anforderungen für gelierte Überzüge in

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der Gußüberzugstechnik zu eliminieren, dennoch die Vorteile hoher Betriebsgeschwindigkeiten beizubehalten, welche solche Überzüge möglich gemacht haben, wenn sie zusammen, mit Hochtemperatur- und Druckbedingungen verwendet werden. Bis zur vorliegenden. "Erfindung zeigten nichtgelierte Überzüge Mangel unter den Temperatur- und Druckbedingungen, des Gießens mit hoher Geschwindigkeit aus den zuvor angeführten Gründen, unzureichende Kohäsivität, um den Trennkräften in den Haltewalzen zu widerstehen, und Löslichkeit in der Haltewalzenflüssigkeit. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten und schlägt eine Überzugsmasse vor, welche bei Geschwindigkeiten von 91,44 m pro min. oder mehr unter Hochtemperatur- und Druckbedingungen gegossen werden kann, ohne daß die Notwendigkeit zum Gelieren des Überzugs besteht.

Ein weiteres Problem der Gußüberzugstechnik, dem sich sowohl die älteren nichtgelierten Systeme als auch die ."jüngeren gelierten Systeme gegenüberstehen, ist die Abhängigkeit der Technik vom Casein zum erfolgreichen Gießen gewesen. Obwohl es möglich ist, wie in den vorerwähnten Patenten 3 356 517 und 3 377 192 vorgeschlagen wird, daß das Bindemittel in einer gelierbaren Überzugsmasse nur aus Latices besteht,

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es noch technisch bevorzugt, einen kleineren Anteil Gasein in dem Klebstoff zu verwenden, Gasein unterstützt eine gute Bindung der Überzugsoberfläche der Gußtrommel und gibt beim Erhitzen rasch Wasser frei. Diese Eigenschaften verhindern die Bildung von Löchern auf der Gußoberfläche, wenn Feuchtigkeit durch die rückseitige Fläche des β-ewebes transpiriert, während es sich in Kontakt mit der Gußtrommel befindet. Die Verwendung von Casein wird ,jedoch von einer Reihe von Nachteilen begleitet. Einer ist, daß es zur Herstellung einer Masse auf Caseingrundlage zunächst -^ notwendig ist, das Casein in Wasser zu lösen, welches dann gelinde auf eine Temperatur erwärmt wird, die nicht über 60 C hinausgeht. Es wird eine sorgfältige Kontrolle desErwärmens gefordert, um nicht das Gasein während des Erwännungsschrittes zu zersetzen. Dann wird zu der Caseinlösung ein Alkali zugegeben und die erhaltene Lösung dann zu einer Dispersion des P-igmentes gefügt.

Ein anderer Nachteil von Gasein enthaltenden Systemen, der gelierte und ungelierte Systeme in ähnlicher Weise beeinträchtigt, ist, daß der Preis und das Angebot von Casein keiner breiten Fluktuation unterworfen ist. Gegenwärtig ist Gasein für Papierüberzugszwecke eigentlich unerhältlich gexvorden. Es ist offensichtlich, daß es für einen leichteren

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Verfährensbetrieb und aus wirtschaftliehen Gründen eine bedeutende Verbesserung in der Gußüberzugstechnik darstellen würde, wenn Gasein gänzlich in allen Typen von Gußsystemen eliminiert werden könnte.

Versuche, dasCasein durch einen synthetischen Harzlatex oder eine Emulsion zu ersetzen, haben, bisher in ungelierten Gußüberzugsmassen keinen Erfolg gezeitigt, weil solche Massen nicht genügend wasserannehmend sirr!, um gut auf die Trommel gegossen zu werden, d.h. der Überzug haftet in nassem Zustand nicht richtig an der Oberfläche der Poliertrommel. In der Sprache der Technik heißt dies, er zeigt nicht die Eigenschaft des "wet out". Dieses Haftproblem wird noch schwerwiegender, wenn, die Betriebsgeschwindigkeiten zunehmen und zusätzliche Wärme benötigt wird, um den Überzug teilweise vor dem Kontakt mit der Gußtrommel zu trocknen.. Die meisten Latices vernetzen^ oder verharzen (koaleszieren) unter den Wirkungen derartiger Wärme, und die überzogene Papieroberfläche ist sogar weniger hydrophil, wenn sie die Gußtromme1 räch dem Erwärmen erreicht, als bei Umgebungstemperatur.

Ein Typ von Überzugsmasse, mit welchem die Notwendigkeit für Casein in der Papierüberzugstechnik, allerdings

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außerhalb des Gußüberziehens, erfolgreich eliminiert wurde, greift auf die Verwendung der sogenannten Alkali-auellbaren oder Alkali-löslichen Latices zurück. Siehe die US-Patentschrift 3 513 1?1. patentiert am 19. Mai 1970. Dieses Patent schlägt eine Masse zum Papierüberziehen vor, welche eine wäßrige Dispersion aus Pigment, eine aus einem Hoinogengemisch aus Copolymeresatlatices bestehende Klebstoffmasse, worin einer durch Alkali l^ösiich gemacht werden kann und der andere durch Alkali nicht löslich gemacht werden kann, und genügend Alkali enthält, um den Alkali-löslichen Latex zu lösen. Diese Überzugsmasse hat sich jedoch selbst nicht als einsetzbar beim Gußüberziehen erwiesen, da die Bindemittelkomponente in dem alkalischen Medium verharzt wird, bevor sie die Gußtrommel erreicht.

Eine Klebstoffmasse zur Verwendung beim Überziehen von Papier ist bereits vorgeschlagen worden, welche ein Homogengemisch von Latices enthält, deren einer durch Alkali gequollen werden kann und der andere in wäßrigem Alkali bis zu oinem wesentlichen Betrag nichtquellbar und unlöslich ist. Siehe die kanadische Patentschrift 862 188. Ein anderes Patent, welches die Verwendung eines Alkali-ouellbaren Latex als Klebstoff für eine Papierüberzugsmasse vorschlägt,

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fludet sich in der US-Patentschrift 3 4o9 569- Diese Patentel lehren jedoch, daß man, um die notwendige Überzugsviskosität zu erhalten, genügend Alkali zur Papierüberzugsmasse fügen muß, um den Latex zu nuellen. Wenn, eine solche Überzugsmasse beim Gußüberzugsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hat das Bindemittel der Überzugsmasse die TBndenz gezeigt, Wasser zu absorbieren, zu quellen und so zu koaleszieren und zwar~ vor dem Zeitpunkt, zu dem das überzogene Gewebe mit der beheizten Gußtrommeloberflache in Kontakt kommt. Der Überziig versagt daher beim Gießen, wenn er in Kontakt mit der Polieroberfläche der Gußtrommel gebracht wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine wäßrige Überzugsmasse, in welcher die Klebstoffkomponente aus Latices von synthetischen organischen Polymerisaten besteht, sowie auf wäßrige Gußüberzugsmassen, welche bei hohen Geschwindigkeiten verarbeitet werden können und nicht geliert werden brauchen, in welchen der Klebstoff aus einem Homogengemisch von Alkali-auellbaren oder Alkali-löslichen und nicht-Alkali-auellbaren oder nicht-Alkali-lösiichen Polymerisaten besteht.

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Er fin dungsgemäß wurde gefunden, daß wenn die Alkali-quellbaren oder Alkali-löslichen Latex althaltenden Überzugsmassen der oben beschriebenen Patente nicht neutralisiert und in ihrem sauren oder nichtgequollenen oder ungelösten Zustand verwendet werden, ausgezeichnete Gußuberzugsergebnisse erhalten werden. Dies steht in vollständigem Gegensatz zu den gesamten Lehren der Technik, wie sie durch die oben ansgeführten Patente gegeben ist, welche übereinstimmend die Verwendung von Alkali-quellbaren oder Alkali-löslichen Materialien nur in ihrem alkalischen Zustand empfohlen haben. Somit mag ersichtlich werden, daß, obwohl Beschäftigte von außerordentlichen Fähigkeiten in der Papierüberzugstechnik über mehr als fünf Jahre mit Alkali-quellbaren oder Alkalilöslichen Latices gearbeitet haben, keiner von ihnen das Vorteils beim Gußüberziehen von Papier gewahr wurde, wenn diese Latices in einer entgegengesetzten Wrise als der des beabsichtigten Einsatzes zur Anwendung gelangen.

Daher erfaßt die vorliegende Erfindung eine wäßrige Überzugsmasse, in welcher die Klebstoffkomponente im wesentlichen aus einem Gemisch aus einem Latex, der durch Alkali nicht gequollen oderl löslich gemacht werden kann, und aus einem Latex besteht, welcher durch Alkali gequollen oder

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löslich gemacht werden kann. Es versteht sich natürlich,
daß die Erfindung nicht auf Gemische aus nur zwei Latices beschränkt ist, wovon ein Latex+ Alkali-quellbar oder -löslich ist und der andäre durch Alkali nicht angegriffen wird. Die Verwendung von drei oder mehreren verschiedenen Latices kann erfolgen, um die Eigenschaften des Klebstoffs in der gewünschten Weise einzustellen. Somit umfaßt die Klebstoff-; komponente der Überzugsmasse der vorliegenden Erfindung
allgemein ein Gemisch aus Latices, von welchen mindestens einer in wäßriger alkalischer Lösung unlöslich und mindestens einer in wäßriger Alkalilösung quellbar oder löslich ist.

Ferner wird erfindungsgemäß die wäßrige Überzugsmasse bei einem pH-Wert gehalten, welcher während des gesamten Überzugs- und Gußverfahrens sauer ist. Beim sauren pH-Wert
bleibt der Alkali-quellbare oder Alkali-lösliche Latex
im ungequollenen oder ungelösten Zustand und somit unkoalesziert, bis die überzogene Papieroberfläche die Gußtrommel erreicht. Alle Latices der vorliegenden Erfindung, welche von dem Erfinder untersucht wurden, werden bei pH-Werten
über 7 durch Wasser gequollen und koalexzieren; und viele der wirksamsten Systeme haben eine Tendenz zu koaleszieren gezeigt bei einem pH-Wert von etwa 6,5 oder darüber.

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Es ist theoretisch möglich, daß ein Polymeres aufgebaut iv erdenkönnte, welches in seinem freien sauren Zustand "bleibt, "bis ein pH-Wert wesentlich über 7 erreicht wird, aber keiner von diesen konnte die Aufmerksamkeit des Erfinders beanspruchen. Durch Einhaltung des pH-Wertes der gesamten Überzugsmasse auf einem sauren Wert bleibt der kleinere Anteil des Alkali-quellbaren oder Alkali-löslichen Latex hydrophil, so daß die überzogene Papieroberfläche fest an der Gußtrommel haften kann. Wenn einmal die überzogene Papieroberfläche fest gegen die (Trommel gegossen ist, geben die die Latices der vorliegenden Erfindung enthaltenden Überzüge rasch Wasser ab, wodurch ein schnelles Trocknen, gutes Ablösen von der Trommel und hohe Arbeitsgeschwindigkeiten statthaft sind.

Nach anem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Gußüberziehen aiii¹ von Papier vorgeschlagen, bei welchem die Überzugsmasse auf dem Papiergewebe aufgetragen und direkt zu den Gußhaltewalzen befördert wird, ohne daß die Notwendigkeit zum Gelieren oder Flocken des Überzuges besteht.

Die Klebstoffkomponente der erfindungsgemäfen Papierüberzugsmasse enthält einen Hauptanteil an nicht-Alkali-löslichem oder -nuellbarem Latex und einen kleineren Anteil an Alkali-quell-

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barem oder -löslichem Latex. Obwohl hier von einem Teil der Klebstoffkomponente des Papierüberzugs gesprochen wird, wird der Alkali-quellbare oder -lösliche Latex hauptsächlich wegen seiner hydrophilen Eigenschaften in seinem sauren Zustand und nicht wegen der Festigkeit-erteilenden Eigenschaften gefordert. Obwohl diese Alkali-quellbaren; oder -löslichen Materialien starke Klebstoffe im alkalischen Zustand sind, in welchem sie verwendet werden sollen, besitzen sie relativ geringe Festigkeit bei saurem pH» Die meiste Bindungsfestigkeit der Klebstoffkomponente in der Überzugsmasse muß daher durch die nicht-Alkali-lösliche · oder nicht-Alkali-quellbare Latexkomponente des Bindemittels geliefert werden.Ein zu hoher Prozentsatz an Alkali-nuellbarem oder -löslichem Material neigt zur Herabsetzung mehrerer Festigkeitswerte des überzogenen Papiers, insbesondere der Naßaufnahmefestigkeit und Gewebereibung (i.Orig. web rub).

Fm eine angemessene Überzugsfestigkeit zu erreichen, bildet der Alkali-quellbare oder -lösliche Latex im allgemeinen 2 % bis 50 % der Bindemittelkomponente der Überzugsmasse und vorzugsweise etwa 20 % bis etwa 40 %. Der Alkali-nuellbare oder -lösliche Latex der vorliegenden Erfindung kann

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.iedes Polymerisat sein, an welcheiii genügend Carboxylgruppen gebunden sein können, um eine starke Azidität hervorzurufen. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und Polymerisatfetigkeit sind - wie gefunden wurde - Acryl-Copolymerisate, Styrol-Butadien-Copolymerisate oder Vinylacetat-Copolymerisate
die technisch verfügbaren Polymerisate, welche als Alkaliquellbarer oder Alkali-löslicher Latex verwendbar sind.
Der^nicht-Alkali-nuellbare oder nicht-Alkali-lösliche Latex der Klebemittelkomponente kann von Copolymer!säten aus Styrol Butadien, Styrol-Isoixren. Styrol-Vinylacetat, Acrylmaterialien, Vinylacetaten, Vinylchlorid-Acryl, Styrol-Witri1 oder Mtril-Acetat gebildet werden. Die Pigmentkomponente kann
eines der gewöhnlich verwendeten Paroierüberzugspjgmente,
einschließlich heimischer und ausländischer Tone, hydratisierter Tonerde, Calciumcarbonat oder Kombinationen derselben, sein.

In dem folgenden Beispiel wurden die Lehren der bisherigen
Technik, wie sie durch die oben angeführten Patente, die
US-Patentschrift 3 513 121 und die kanadische Patentschrift 862 188 repräsentiert wird, auf das Gußüberziehen von Pgtpier angewendet.

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Beispiel I

Es wurde eine Überzugsmasse hergestellt durch Zugabe unter Rühren, der folgenden Bestandteile zu 200 Gewichtsteilen Wasser : 100 Trockengewichtsteile eines Tons von·Papierüberzugsgüte , 0,6 Trockengewichtsteile saures Natriumpyrophosphat und 0,2 Trockengewichtsteile eines anionischen, wasserlöslichen Polymerisates (im Handel von der NOPGO Chemical Division der Diamond Shamrock Company unter der Bezeichnung "Nopcosant L" erhältlich), beide als Dispergierungsmittel für den. Ton, 1 Trockengewichtsteil eines Entschäumers für Latex (im Handel von Colloids, Inc., unter der Bezeichnung "Colloid 680" erhältlich) und 0,5 Trockengewichtsteile eines nichtionischen oberflächenaktiven Mittels als Stabilisator. Dann wurden Bindemittelbestandteile zugefügt, die aus 18 Trockengewichtsteilen eines Alkali-unelöslichen und -nichtquellbaren Latex (B-15, ein. weiches Acrylcopolymerisat, hergestellt von Rohm and Haas) und 7 Trockengewichtsteilen, eines Alkali-quellbaren Latex (B-5O3, eine Emulsion aus einem Acrylcopolymerisat, hergestellt von Rohm and Haas) bestanden. Der Alkali-unlösliche Latex wurde zur Überzugsmasse vor der Zugabe der Alkali-quellbaren Emulsion zugegeben.

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Die Alkali-quellbare Emulsion wurde aus dem Vorratsbehälter mit einem pH von 2 erhalten.Sie wurde bei diesem pH-Wert gehalten, bis sie zu den anderen Überzugsbestandteilen gegeben wurde, um Schwierigkeiten bei der Inkorporierung des Latex α in den Überzug zu vermeiden. Wenn der Alkaliquellbare Latex durch Zugabe von Alkali vor dem Zeitpunkt, zu dem der Latex zum Überzug gegeben worden war, eingedickt worden wäre, würde er koaleszieren und so vifcos werden, daß er nur unter großen Schwierigkeiten zu dem Überzug verarbeitet werden könnte.

Unmittelbar vor der Zugabe des unmodifizierten Alkali-quellbaren Latex zur Überzugsmasse betrug der pH-Wert der Masse 5,6. Die Zugabe von 7 Trockengewichtsteilen des unmodifizierten Alkali-quellbaren Latex reduzierte den pH-Wert der gesamten Überzugsmasse auf 5>O- Dieser pH-Wert stieg geringfügig auf 5i15 an, wenn 0,13 TrockengewichtsteiIe Polyäthylen als Ablösemittel für den Überzug zugegeben wurden.

Nachdem diese Bestandteile sorgfältig gemischt worden waren, wurden 1,51 Gewichtsteile Ammoniumhydroxid (28 % Ammoniak) zu der Überzugsmasse als alkalischer Eindicker für die Alkali-quellbare Emulsion zugegeben. Die Zugabe des Ammoniaks

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bewirkte, daß der Überzug merklich eingedickt xvurde, und hob ofen pH-Wert^ des Überzugs auf 8,5 an. 40 zusätzliche Gewichtsteile Wasser brachten die Überzugsfeststoffe auf

41,6 %. .

Diese Überzugsmasse wmsfe auf ein herkömmliches tJberzugsgrundpapier aufgetragenund die überzogene Oberfläche gegen eine Gußtrommel gepreßt, deren Oberfläche bei einer Temperatur von 115-6 G gehalten wurde. Nachdem das überzogene Papier trocken genug war, um sich von der Gußtrommel abzulösen, wurde es vom Kontakt mit der Trommel entfernt und nachfolgend auf Oberflächenquilität untersucht. Die überzogene Papieroberfläche zeigte ein gesprenkeltes, unebenmäßiges Aussehen, was anzeigte, daß nicht richtig gegen die Poliertrommel gegossen worden war. Die überzogene Oberfläche wies eine Glanzablesung von 57 bei einem Winkel von 75° auf einem Hunter Glossmeter auf.

Die folgenden Beispiele erläutern die "Vorteile der vorliegenden Erfindung im Vergleich zur bisherigen Technik..

Beispiel II

Es wurde eine Aufschlämmung aus 100 Gewichtsteilen English Überzugston, 100 Gewichtsteilen Wasser und 0,7 Gewichtsteilen

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Natriumtetraphosphat als Dispergiermittel für den Ton,: hergestellt. Dieses Gemisch wurde 20 Minuten geschlämmt, nachfolgend wurden 0,25 Trockengewichtsteile eines Entschäumers, "Drew L-501", hergestellt von Drew Chemical Company, und 0.15 Trockenge«ichtsteiIe Polyäthylen als Schmiermittel zugegeben.

Zu dieser Masse wurden 15 TrockengewichtsteiIe eines nichtAlkali-quellbaren oder -löslichen Latex, B-15? ein weiches Acrylpopolymerisat, hergestellt von Rohm and Haas Company, sowie 5 Trockengewichtsteile eines Alkali-lösliehen Latex, HE 95? ein Acryl-Emulsionscopolymerisat, hergestellt von Rohro and Haas Company, zugegeben.

Der Alkali-lösliche Latex wurde aus einem Vorratsbehälter mit einempH von 3,4- erhalten und direkt zur Überzugsmasse ohne Modifikation zugegeben. Wenn die Emulsion zu der Überzugsmasse zugefügt wurde, war keine merkbare Eindickung des Überzugs zu beobachten. Nach dieser Zugabe wurde das ganze Gemisch unter fortgesetztem Rühren gehalten, bis eine homogene Masse erhalten war. Diese Überzugsmasse hatte einen pH-Wert von 5,2, ihr Feststoffgehalt betrug 41,4 %, die elektrische WasserretHentionszeit (EWR) war 1,25 Sekunden und die Visko-

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sität bei 1oo üpm betrug 480 centipoise. In diesem und den folgenden Beispielen wurde die Viskosität mit einem Brookfield-Viskosimeter Model RVF-Ioo unter Verwendung einer 5-Spindel gemessen. Die Wasserretention wurde bestimmt durch Messen der elektrischen Leitfähigkeit durch, ein Blatt aus wasserausgelegtem Papier, das gegen den Überzug gepreßt wurde. Wenn das Wasser von dem Überzug in das Blatt Papier wandert, nimmt die Leitfähigkeit zu. Die gegebenen Werte stellen die Zeit dar, die erforderlich ist, damit die Leitfähigkeit 0,5 Milliampere erreicht.

Der oben beschriebene Überzug wurde mittels eines Luftmesserüberziehers auf einer Seite eines 8 point Cover Bristol Materialstocks ausgebreitet, welcher zuvor auf der zu überziehenden Seite oberflächenbehandelt worden war. Der Überzug wurde in einer Menge aufgetragen, die rl eich 20,72 g/m entsprach. Die Bandgeschwindigkeit während der Überzugs- und Gußoperationen betrug 92 m t>ro min.

Nachfolgend auf die Auftragung des Überzugs lief das Band von der Überzugsstation vorbei an einer Reihe von Infrarot-Erhitzern, welche zur teilweisen Trocknung des überzogenen Blattes vor Erreichen der Gußtrommel dienten, welche jedoch keine Gelierung oder en η Kaaleszieren des Überzuges vor dem

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Eintritt des Bandes in die Gußhaltewalzen hervorriefen. Das Band trat durch Haltewalzen hindurch, die aus einer Gegenwalze und einer Gußtrommel mit Ghromoberflache von einem Durchmesser von 1 ,22 m "bestanden. In den Haltewalzen wurde ein heftig siedendes Wasserbad bei 104,4 G gehalten. Dieses siedende Bad lieferte eine große Menge Wasserdampf, welcher über den Haltewalzeneintritt stieg. Nachdem das überzqjsne Papier durch den Dampf, das siedende Bad und die Gußhaltewalzen selbst getreten war, drückte seine Oberfläche fest gegen die Trommeloberflache_; Wenn sich die Trommel drehte, wurde das Papier in innigem Haftkontakt mit der Trommeloberfläche während des größeren Teils einer Umdrehung um die Trommel gehalten. Die auf 126,7°G erhitzte Trommel trocknete das Papier zu einem Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von annähernd 4 %, nachdem das Papier mit der Trommeloberfläche etwa 3/4- einer Trommelumdrehung in Kontakt geblieben war. Zu diesem Zeitpunkt löste sich das überzogene Gewebe sauber von der Trommel ab und wurde aufgewickelt. Das so hergestellte gußüberzogene Papier zeigte für das bloße Auge ausgezeichnete Glanz- und Leuchteigenschaften (i. Orig.: sparkle) sowie ein Glanzablesung von 75> wenn es unter einem Winkel von 75° auf einem Hunter Glossmeter gemessen wurde. Eine mikroskopische Untersuchung der überzogenen Oberfläche zeigte, daß der Überzug gleichförmig und zusammenhängend war. Der Überzug war praktisch frei von

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Löcherh oder anderen Oberflächendefekten.

Beispiel III

Es wurde eine Aufschlämmung hergestellt, indem^ man 55 Gexiiichtsteile Wasser mit - nach Trockengewicht -0,3 Teilen Tetranatriumpyrophosphat und 100 OSLlen English Überzugston kombinierte. Nach 20-minütigem Schlämmen wurden 0,025 Trokkengewichtsteile eines Entschäumers, 15 Gewichtsteile eines nicht-Alkali-quellbaren Latex, das in Beispiel II beschriebene weiche Acrylcopolymerisat, und schließlich 10 Teile eines Alkali-löslichen Latex, ASE 75* ein Acryl-Emulsionscopoly-Hierisat, hergestellt von Rohm and Haas Company, zugegeben.

Diese Überzugsmasse hatte einen pH von 5*8. Ihre elektrische Wasserretention (EWR) betrug A.8 Sekunden und ihre Viskosität bei 100 Upm Jo2 centipoise. Dor Überzug hatte einen Feststoffgehalt von 56 °/o. Unter den Arbeitsbedingungen aus Beispiel II wurde er auf eine mit Casein präparierte Oberfläche eines Ausgangsmaterials in einer Menge aufgetragen, die gleich 19,24 g/m war. Es trat keine Gelierung des Überzugs ein, obwohl die überzogene Oberfläche auf annähernd 93·>3 °C erwärmt wurde zwischen den Überzugsstation und der Gußtrommel als Unterstützung zu Trocknung. Das überzogene Papier wurde gegen die geheizte Gußtrommel gepreßt, welche bei einer

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Temperatur von 121,9 °C gehalten wurde, Es goß sich guü gegen die Trommel "bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 6o,9 m pro min.; wenn, es von der Polieroberfläche der Gußtrommel entfernt wurde, zeigte das überzogene Papier bei 75 ° eine Glanzablesung von 88.

Beispiel IV

Unter Verwendung der gleichen Grundzusammensetzung und Betriebsbedingungen wie in Beispiel III wurde die ISE 75 Alkali—ouellbare Emulsion durch ASE 6o, ein saure Gruppen enthaltendes Acryl-Emulsionscopolymerisat, hergestellt von Rohm & Haas Company, ersetzt. Dieses Alkali-quellbare Material ergab«, wenn es in dem gleichen kleineren Anteil (40 % der Bindemittelkomponente) zum Hauptteil an nicht-Alkaliquellbarem Latex (B-15 - 60 % der Bindemittelkomponente) wie in Beispiel III verwendet wurde, eingießbares Blatt mit

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ausgezeichneten Oberflächeneigenschaften und einer 75 Glanzablesung von 91·

In xv eiteren Versuchen wurden andere Alkali-quellbare oder -lösliche Polymerisate anstelle der ASE-Reihe-Materialien, die in den bereits beschriebenen Beispielen zum Einsatz kamen, verwendet. Die Alkali-qu'ellbare Emulsion aus Acrylcopolyii'eri Bat (E-5o3, hergestellt von Rohm and Haas), welche

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in Beispiel T ohne Erfolg versucht wurde, wenn man sie nach den Anweisungen des Herstellers verwendete, erwies sich als eine äußerst erwünschte Bindemittelkompaoente in einer Gußüberzugsmasse, wenn sie in nichtmodifiziertem saurem Zustand Verwendung fand.

Poly(carbonsäure)-Eindicker ("Tylac 95o4-")? hergestellt von. Standard Brands), Alkali-lösliches PoIy(vinylacetat), Poly(vinylacetat)-Acryl-Copolymerisat und modifiziertes Styrol-Butadien wurden jeweils einzeln in Verbindung mit der Kontrollmasse aus Beispiel III verwendet, einschließlich des gleichen nicht-Alkali-quellbaren Bindemittelmaterials. Jede dieser Nassen ließ sich gut gießen, und lieferte Blätter mit ausgezeichneten visuellen Eigenschaften.

In weiteren Versuchen, welche unter den Bedingungen von Beispiel III durchgeführt wurden, wurde das B-15-Acryl<£polymerisat weggelassen und andere Latices anstelle dessen im gleichen relativen Anteil zur ASE-75 Alkali-quellbaren Emulsion eingesetzt. Mehrere Styrol-Butadienewurden Jeweils einzeln zu einer gießbaren Überzugsmasse mit der Alkaliquellbaren Emulsion kombiniert. Hierzu,zahlten nichtcarboxyliertes Styrol-Butadien (Dow Chemical Company's 612(, leicht

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carboxyliertes ("Dow's 620") und ein hohes Stvrol-zu-Butadien-Gopolymerisat (Standard Brands "TyIac 5

Andere Polymerisattypen, die als nicht-Alkali-quellbare Komponente in der gleichen Kontrollmasse eingesetzt wurden, waren Styrol-Isopren, Styrol-Aceton, Polyacryle, Acryl-Styrol, Polyvinylacetat )copolymeri sate , PoIy(vinylacetat )terpolymerisste, Vinylchlorid-Acryle, Nitril-Acetat und Styrol-Nitril. Alle diese Copolymerisate wurden erfolgreich als nicht-Alkali-quellbare Hauptbinderuittelkomponente einer Gußüberzugsmasse verwendet, welche einen kleineren Binde-TPittelanteil eines Alkali-auellbaren Late-xx enthielt.

Beispiel V

Zu 55 Gewichtsteilen Wasser wurden -in Trockengewicht 0,5 Gewichtsteile Tetranatriumpyrophosphat, 100 Teile PapBrüberzugston, 0,25 Teile eines Entschäumers, 0,25 Teile Polyäthylen als Ablösemittel sowie als eine Bindemittelkomponente 18 Teile eines nicht-Alkali-quellbaren latex, das in Beispiel II beschriebene weiche Acrylcopolymerisat, und 2 Teile eines Alkali-löslichen PoIy(vinylacetat)-Latex (EV 225-5B), hergestellt durch die General Latex + Chemical Company) gegeben. Diese Überzugsmasse mit einem großen Verhältniswort von nicht-Alkali-löslichen zu Alkali-löslichen

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Bindemittelkomponenten hatte die folgenden Eigenschaften: pH 6,8, EWR 3,8 sek. und Brookfield-Viaskosität bei 100 üom 120 centipoise. Dieser Überzug wurde mit 57,6 % Feststoffen aufgetragen, gelierte nicht, wenn er vor der G^ußtrommel erwärmt-wurde und ließ sich gut gegen die beheizte Trommel gießen» Das überzogene Papier löste sich sauber von der Trommel ab, wenn es trocken war. Es zeigte guten visuellen Glanz.

Beispiel VI

Zu 100 Gewichtsteilen Wasser wurden - nach Trockengewicht 100 Teile heimischer Ton von Überzugsqualität und 0,5 Teile eines Dispergiermittels für den Ton zugegeben. Dieses Gemisch wurde 20 min. geschlämmt, zu diesem Zeitpunkt 0,25 Teile eines Entschäumers, 10 Trockengewichtsteile des nicht-Alkaliquellbaren latex aus Beispiel II, 0,25 Teile Polyäthylen als Ablösemittel und 10 Trockengewichtsteile des Alkali-ouellbaren Latex aus Beispiel II zugegeben wurden. Diese Masse hatte einen pH-Wert von 4-,65* eine'Viskosität bei 100 Upm von 4-80 centipoise und ein EWR von 1,5 Sekunden. Sie xvurde mit 4-2,4 % Feststoffen auf eine mit Casein behandelte Oberfläche eines Cover Bristol Rohmaterials in einer Menge aufgetragen,

die gleich 19,24 sr/m~ entsprach. Das überzogene Blatt ließ sich gut irießen und wies ein fertiges Aussehen ^uf, dns

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zufriedenstellend war, obgleich etwas weniger wünschenswert als jenes der voranstehenden Beispiele, worin weniger Alkali-löslicher Latex verwendet wuäe.

Beispiel VIT

Wegen des basischen pH-Wertes mehrerer Bestandteile, die normalerweise in Papierüberzugsinassen zugegen sind, können All-Latex-Gußüberzugsmassen, zu welchen ein nichtmodifisjj erter Alkaüi-quellbarer oder-Alkali-.! öslieher Latex noch nicht zugegeben worden ist, einen pH-Wert bei oder über dem Neutralwert 7,0 haben. Eine plötzliche Änderung in der Viskosität und Homogenität des Überzugs, genannt "shocking" kann eintreten, wenn ein stark saurer.nichtmodifjzierter, Alkali-nuellbarer oder -löslicher Latex zugegeben wird. Um dieses Problem zu vermeiden, ist es erwünscht, in einigen Vorschriften und unter bestimmten Arbeitsbedingungen einen Pufferbestandteil zuzufügen, welcher den pH-Wert eines neutralen oder alkalischen Überzugs vor der Zugabe des nichtmodifizierten Alkali-quellbaren oder -löslichen Latex herabsetzt. Diese Praxis wird im folgenden erläutert:

Eine Auf sohl ärnmung aus 200 Gewichtsteilen Wasser und 500 Trockengewichtstellen (60 % Feststoffe) eines heimischen Tons

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von Überzugsqualität hatte einen pH-Wert von 7,2. Nach der Zugabe von. 1,75 Gewichtsteilen eines Entschäumers (Drew Chemical Company's L-5o1) und 45 Trockengewichtsteilen des nicht-Alkali-quellbaren. Latex aus Beispie] II betrug der pH-Wert der Masse 6,1. Die Masse wurde dann gegen die Zugabe des Alkali-quellbaren Latex durch Zugeben von 1 Trockengeweichsteil Bernsteinsäureanhydrid (pH 4,2) gepuffert. Dieses setzte den pH-Wert der gesamten Masse auf 4,6 herab. Zugabe von ^O Trockengewichtsteilen des Alkali-ouellbaren Latex aus Beispiel TII (pH 3,0) reduzierte das End-pH der Masse auf 4,2. Es wurden keine radikalen Änderungen in der Überzugsmasse bemerkt, wenn der Alkali-quellbare Latex auf diese Weise zugegeben wurde.

Obwohl die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausgestaltungen derselben wiedergegeben und beschrieben wurde, versteht es sich, daß verschiedene andere Änderungen und Modifikationen derselben für einen Fachmann naheliegen, ohne daß vom Gehalt und Ziel der durch die anliegenden Ansprüche definierten Erfindung abgewichen wird.

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-29-PatentanSprüche

1. Wäßrige Überzugsmasse, dadurch gekennzeichnet, daß

sie einen Klebstoff enthält, der im wesentlichen aus einem Gemisch von Latices besteht, die als Hauptanteil mindestens einen Latex, der nicht durch Alkali gequollen oder löslich gemacht werden kann,und in kleinerem Anteil mindestens einen Latex aufweisen, der durch Alkali gequollen uder löslich gemacht werden kann, wobei der pH-Wert der Überzugsmasse dergestalt ist, daß dersquellbare oder löslich zu machende Latex in einem ungequoIlenen.oder ungelösten Zustand verbleibt.

2. Überzugsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Latex, welcher durch Alkali gequollen oder löslich gemacht werden kann, aus mindesuens einem Acrylcopolymerisate Styrol-Butadien-Copolymerisat oder Vinylacetatcopolymerisat besteht.

3. Überzugsmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert niedriger als 7>O liegt.

4. Verfahren zum Gußüberziehen von Papier, dadurch gekennzeichnet, daß es das Auftragen einer wäßrigen Überzugs-

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Claims

masse nach einem der voranstellenden Ansprüche auf ein Papiergewebe und die Beförderung des überzogenen Papiergewebes in Gußhaltewalzen umfaßt, die ein Bad aus siedendem Wasser enthalten, während der pH-Wert der Überzugsmasse auf dem Gewebe bei einem solchen Wert gehalten bleibt, daß der Latex, der gequollen oder löslich gemacht werden kann,in einem ungequollenen oder ungelösten Zustand verbleibt,

Ro/Bre

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