DE2449616B2

DE2449616B2 - Verfahren zur herstellung von gestrichenen papieren

Info

Publication number: DE2449616B2
Application number: DE19742449616
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr. 6000 Frankfurt Berndt
Original assignee: Deutsche Gold und Silber Scheideanstalt
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1974-10-18
Filing date: 1974-10-18
Publication date: 1977-09-15
Also published as: FI752622A; FI57145C; DE2449616C3; BE834649A; FR2288186A1; FI57145B; GB1513047A; DE2449616A1; NL7512151A; FR2288186B1; IT1047294B

Description

SiO₂ = 71%	= 13%
Al₂O₃ = 8%	= 25-35 nm
Na₂O = 7%	= HOmVg
Glühverlust (incl. H₂O)
Primärteilchengröße
BET-Oberfläche

verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Silikat ein Calciumsilikat mit folgenden Parametern:

SiO₂ = 80%	= 13%	zur Anwendung für T
CaO = 4%	= 85 nm	Zusammensetzung:
Na₂O = 2%	= 35 mVg
Glühverlust (incl. H₂O)		45 Kaolin
Primärteilchengröße	Dispergiermittel
BET-Oberfläche	Selbstverdickender Latex
	Ca-Stearat

verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kieselsäure mit folgenden Parametern:

SiO₂ = 870/0
Glühverlust (incl. H₂O)
Primärteilchengröße
BET-Oberfläche

= 11%
= 18 nm
= 210m²/g

verwendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig gestrichene LWC-Papiere für den Tiefdruck hergestellt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Silikate bzw. Kieselsäuren unter Vermeidung hoher Scherbeanspruchung unter mäßigem Rühren der Streichmasse zugesetzt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenen Papieren im Flächengewichtsbereich von 45 bis 100 g/m² mit verbesserten Bearuckbarkeitseigenschaften durch beiderseitiges Auftragen einer aus einem silikat- bzw. kieselsäurehaltigen Streichpigment, Bindemittel, Wasser und chemischen Zusatzstoffen bestehenden Streichmasse auf ein aus Zellstoff und gegebenenfalls Holzschliff und Füllstoffe gebildetes Grundpapier und anschließendes Satinieren.

,ο Als Druckträger für Zeitschriften, Umschlagseiten der meisten Illustrierten u.a. mehr werden beidseitig gestrichene Papiere verwendet, insbesondere sogenannte LWC-Papiere (= light weight coated). Diese sind gestrichene Papiere im Flächengewichtsbereich

45 - 100 g/m², die in erster Linie für Tiefdruck, daneben auch für Offsetdruck Anwendung finden. Sie bestehen aus einem üblicherweise Holzschliff enthaltendem Grundpapier, das beidseitig mit ca. 10 g/m² gestrichen wird. Es handelt sich um Massenpapiere, als um Papiersorten, die in großen Mengen erzeugt werden.

Für das nachstehende erfindungsgemäße Verfahren interessieren in erster Linie LWC-Papiere für den Tiefdruck. Diese Papiere müssen eine besonders glatte Oberfläche aufweisen, um einen guten Ausdruck aller Rasterpunkte der Druckform zu erreichen. An die Oberflächenfestigkeit werden hingegen nur geringe Anforderungen gestellt. Die für diese Papiere angewandten Streichfarben enthalten dementsprechend als Streichpigment China Clay bzw. Koalin und vermeiden Zusätze von Pigmenten, die Glätte und Glanz negativ beeinflussen könnten, wie z. B. Calciumcarbonat. Der Bindemittelanteil kann, der geringen Festigkeitsforderung entsprechend, niedrig bleiben. Als Bindemittel werden meist Stärke, Latex (Butadien-Styrol oder Styrol-Acrylsäureester) verwendet. Neuerdings bevorzugt man auch selbstverdickende Latices, die den Zusatz eines natürlichen Bindemittels (Stärke, Carboxymethylcellulose = CMC, Casein) überflüssig machen. Als weitere übliche Zusätze sind Ca-Stearate und eventuell Farbstoffe zu nennen.

Eine typische Rezeptur für eine LWC-Streichmasse

100 Teile Feststoff

0,3 Teile Feststoff

5-7 Teile Feststoff

0,8 Teile Feststoff

Das Streichen erfolgt meist mit Blade-Coatern bei Geschwindigkeiten von 400 — 800 m/min. Der Feststoffgehalt der Streichmassen wird dann auf 50-60% eingestellt.

Wie schon oben gesagt, wird für den Tiefdruck ein sehr glattes Papier gefordert. Wenn auch die heute angebotenen Papiere einen hohen Qualitätsstand aufweisen, so findet man doch besonders in den Halbtonwerten der Druckerzeugnisse Fehler, die durch unvollständige oder fehlende Farbübertragung am einzelnen Näpfchen der Druckform entstehen. Diese fehlenden Rasterpunkte, allgemein »missing dots« genannt, bewirken einen unruhigen Bildeindruck. Flächen, die gleichmäßig aussehen sollen, wirken dabei grobkörnig. Um den Anteil an »missing dots« so weit als möglich zurückzudrängen, werden Tiefdruckpapiere scharf satiniert, also einer intensiven mechanischen Behandlung am Glätt-Kalander unterworfen. Trotzdem gelingt es, mit den bisher üblichen Mitteln nicht, den

Fehler im gewünschten Maß und mit der entsprechenden Sicherheit auszuschalten. Dazu kommt, daß bei zu starker Satihage Saugfähigkeit und Opazität leiden.

Aus der US-PS 12 30 095 ist bekannt. Quarz- oder Sandmehl als Streichpigment für Papiere zu verwenden, wobei jedoch eine besonders gute Mattierungswirkung beabsichtigt ist.

Aus der US-PS 37 84 392 ist ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen Aluminiumsilikates durch hydrothermalen Aufschluß von Kaolin bekannt Dieser Aufschluß dient der Erhöhung des Weißgrades. Die Bedruckbarkeit des Papiers wird nur verbessert, wenn das. amorphe Aluminiumsilikat allein verwendet wird. Wird es jedoch zusammen mit Kaolin eingesetzt, kann keine Verbesserung der Bedruckbarkeit festgestellt werden.

Aus der DT-OS 20 36 892 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Glätte gestrichener Papiere, besonders für den Tiefdruck bekannt, wobei als Spezialfüllstoff ein sauer behandelter Montmorillonit verwendet wird. Der Füllstoff kann ein mineralisch geschichtetes Kieselsäuregerüst bzw. eine Kieselgelstruktur enthalten. Auf der Seite 3, Absatz 3 bis Seite 4, Absatz 1 der DT-OS 20 36 892 wird ausgeführt: »Würde man zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von gestrichenen Papieren Füllstoffe in Form von gefüllten Silikaten verwenden, d. h. besonders feinteilige Materialien, dann wäre es zwar möglich, die Oberflächeneigenschaften etwas zu verbessern, aber diese Verbesserung würde im Verhältnis zur theoretischen Vergrößerung der spezifischen Oberfläche der in Streichmassen eingebrachten Füllstoffmineralien gering sein. Um für eine ausreichende Bindemitteladsorption brauchbare Porendurchmesser von beispielsweise über 60 Ä zu erreichen, müßte man relativ grobkörnige Füllstoffe verwenden, die normalerweise eine Verschlechterung der Glätte, des Glanzes und der Bedruckbarkeit zur Folge haben.

Mit der vorliegenden Erfindung wird dieses Vorurteil überwunden.

Die Erfindung ging von der Aufgabenstellung aus, ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenen Papieren im Flächengewtchtsbereich von 45 bis 100 g/m² mit verbesserten Bedruckbarkeitseigenschaften durch beidseitiges Auftragen einer aus einem silikat- bzw. kieselsäurehaltigen Streichpigment, Bindemittel, Wasser und chemischen Zusatzstoffen bestehenden Streichmasse auf ein aus Zellstoff und gegebenenfalls Holzschliff und Füllstoff gebildetes Grundpapier und anschließendes Satinieren anzugeben, mittels welchem das Auftreten von »missing dots« optimal vermieden wird, ohne daß für die Satinage extreme Bindungen notwendig sind.

Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß in die Streichmasse 3 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Streichpigment, eines synthetisch gewonnenen amorphen Produktes, bestehend aus einem Silikat des Aluminiums und/oder Calciums und/oder aus Kieselsäure mit einer mittleren Primärteilchengröße <150nm, vorzugsweise im Bereich von 10 — 80 nm, einer mittleren Sekundärteilchengröße <Ι0μπι, vorzugsweise 2 bis 4 μπι, und einer spezifischen Oberfläche, gemessen nach der BET-Methode, < 300 mVg, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 150 m²/g, eindispergiert werden.

Das zusätzliche Streichpigment wird bei der Fällung von wäßrigen Wasserglaslösungen mit sauren Al- und/oder Ca-Salzen oder mit Säure allein erhalten. Es handelt sich also um amorphe Na-Aluminiumsilikate oder Ca-Silikate oder um Kieselsäuren. Wesentlich für den Erfolg ihrer Anwendung ist nicht allein ihre chemische Zusammensetzung sondern insbesondere ihre Struktur. Alle angeführten Fällungssysteme liefern Produkte, die sich aus primären Fällungsteilcher. von < 150 nm Durchmesser zusammensetzen, wobei jedoch diese Primärteilchen in wolkiger Anordnung zu Sekundärstrukturen von 2-4 μπι mittlerem Durchmesser verbunden sind. Diese voluminösen Sekundärstrukturen sind für den Anwendungszweck entscheidend. Maßnahmen, die diese Strukturen zerstören, wie intensive Scherbeanspruchung, sind auch für den gewünschten Effekt schädlich.

Als besonders geeignet haben sich erwiesen ein Natrium-Aluminiumsilikat mit folgenden Parametern:

SiO₂ =71%	= 13%
Al₂O λ = 8%	= 25-35 nm
Na₂O = 7%	= UOnWg
Glühverlust (incl. H₂O)
Primärteilchengröße
ΒΕΊ-Oberfläche

Weiterhin ein Calciumsilikat mit folgenden Parametern:

SiO₂ = 80%

CaO = 4%

Na₂O = 2%

Glühverlust (incl. H₂O) = 13%
Primärteilchengröße = 85 nm

BET-Oberfläche = 35 m²/g

35, sowie eine Kieselsäure mit folgenden Parametern;

SiO₂ = 87%
Glühverlust (incl. H₂O)
Primärteilchengröße
BET-Oberfläche

= 11%
= !8nm
= 210m²/g

Die Verbesserung der Bedruckbarkeit ist als Folge eines erhöhten elastischen Volumens der Strichschicht zu sehen. Während im bisher üblichen Strich die Kaolin-Blättchen flach aufeinander und nebeneinander gepreßt die Oberfläche bilden, wird das System durch den Einbau elastischer Silikatfüllstoff-Sekundärstrukturen gelockert und kompressibel. Die Oberfläche erhält so, bereits bei geringem Anpreßdruck Kontakt mit dem Raster der Tiefdruckform. Die Farbübertragung wird gleichzeitig durch eine erhöhte Saugfähigkeit des Striches gefördert.

Die für die Erzielung eines guten Effektes notwendigen Mengen an synthetischem Fällungsprodukt liegen zwischen 3 und 30% des gesamten Streichpigmentes. Im praktischen Betrieb wird man 5-15% anwenden. Zu hohe Einsatzmengen (über 30%) erhöhen die Saugfähigkeit des Striches stärker als gewünscht und sind deshalb schädlich. Der Anwendungsmtnge sind außerdem aus wirtschaftlichen Gründen Grenzen gesetzt. Zu erwähnen ist auch, daß der Bindemittelbedarf der Fällungsprodukte bedeutend höher liegt, als der von Kaolin und daß die Streichfarbenviskosität höher wird. Auch diese Faktoren begrenzen die Anwendungsmenge auf die obengenannten 5-15%.

Die Anwendung der synthetischen Fällungsprodukte aus Wasserglaslösungen in Papierstreichmassen ist bereits bekannt. Sie kam jedoch bisher ausschließlich für

Papiere in Frage, bei denen kein Glanz gewünscht ist oder bei denen Glanz kein Qualitätsmoment bildet. Bekannt ist ferner die Anwendung als Titandioxid-Extender, als Mittel zur Erhöhung von Weißgehalt und zur Erzeugung einer hohen ölauinahmefähigkeit.

Als Besonderheit zeigt sich, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Fällungsprodukte, aHein angewandt, gestrichenen Papieren eine matte Oberfläche verleihen. Diese Eigenschaft bleibt erhalten, wenn man die für Offsetstriche üblichen Bindemittelmengen anwendet und wenn Calciumcarbonat als Streichpigment dient. Aus diesem Grunde wurde vorgeschlagen, Pigmente dieser Klasse bei der Herstellung matter gestrichener Offsetpapiere einzusetzen, wobei eine verbesserte Bedruckbarkeit zu sehen war.

In Tiefdruckpapieren des LWC-Typs wird neben einer guten Bedruckbarkeit jedoch auch ein hoher Glanz gefordert. Entgegen allen Erwartungen hat sich nun gezeigt, daß auch die Anwendung der erfindungsgemäßen Zusätze in einer LWC-Rezeptur keine Glanzminderung verursacht Es wird sogar eine leichte Glanzverbesserung erreicht Damit wird das erfindungsgemäße Verfahren überhaupt erst ermöglicht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels näher erläutert:

Beispiel 1

a. Ein harzhahiges Streichrohpapier für LWC wurde auf einer Voith-Blade-Streichanlage bei einer Geschwindigkeit von 700 m/min gestrichen. In der Streichmasse waren 10% des Gesamtpigments ein amorphes Na-Aluminiumsilikat.

Das Na-Aluminiumsilikat setzt sich aus 71% SiO₂,8% Al₂O₃, 0,2% CaO, 7% Na₂O, 6% H₂O und 13% Glühverlust (incl. Wasser) zusammen. Der Primärteilchendurchmesser lag zwischen 25 und 35 nm, die Sekundärstrukturen hatten ihr Häufigkeitsmaximum bei 2-4 μπι. Das Produkt lag als getrocknetes gemahlenes Pulver vor. Bei der Dispergierung in der Streichmasse wurde auf scharfe Scherbeanspruchung verzichtet.

Das gestrichene Papier wurde auf einem Kalander in 11 Durchgängen bei einem Liniendruck von 200 kp/cm satiniert.

Zur Beurteilung der Bedruckbarkeit wurde eine Rolle dieses Papiers auf einer Testacolor-Tiefdruckmaschine bedruckt. Gemessen wurden weiter Glanz, Glätte und V/eißgehalt.

b. Das gleiche Streichrohpapier wurde mit einer Streichmasse gestrichen, deren Pigmentanteil zu 100% aus China Clay bestand. Die Farbe entspricht dem gegenwärtigen Stand der Technik. Satinage und Beurteilung erfolgen analog zum Beispiel a.

	Kaolin	»missing dots« wesentlich gleichmäßiger wirkt.	Beispiel a	90	12	OS**)	b	100	0,3	OS**)
	Na-Al-Silikat	= Siebseite.	SS*)	10			SS*)	—	6,5
1	Dispergiermittel	= Oberseite.		0,3	34			0,8
2	selbstverdickender Latex		7	0,90			54,6
3	Ca-Stearat		0,8				1200
4	Feststoffgehalt, %		52,7	78,4
5	Viskosität, cP (Brookfield 100 Kpm)		1460	0,968
6	Auf'.ragsgewicht (Strich), g/m^:
7	Eigenschaften des Papiers:			10			10
8	Glätte (Kontaktanteil bei 25 Kp)				12
9	Glanz bei 60°/60° (Einstrahlungswinkel:		43			30
9.1	Reflexionswinkel		0,88	28		0,82
9.2	Weißgehalt (Elrepho R 46)			0,83
	Opazität DIN 53 146		78,3		77,4
9.3	Bedruckung		0,966	77,4	0,966
9,4		nur vereinzelte »missing	0,963	Zahlreiche »missing
9.5	Das Papier des Beispiels (a) hat eine deutlich höhere Glätte	dots«		dots«
	von
	·)·	als (b) und gibt
			bei der Bedruckung ein Bild, das durch das Fehlen

Beispiel 2

Ein holzhaltiges Streichrohpapier für LWC wurde auf einer Labor-Streichmasehine mit Blade-Einrichtung (Dixon Coater) bei einer Geschwindigkeit von 25 m/min gestrichen. In der Streichmasse bestand der Pigmentanteil aus:

a) 100% Kaolin (Standardqualität für Papier-Streicherei)

b) 90% Kaolin, 10% Na-Aluminiumsilikat

c) 90% Kaolin, 10% Ca-Silikat

d) 90% Kaoiin, 10% amorphe Kieselsäure

Die Pigmente entsprechend b), c) und d) waren wie folgt spezifiziert:

Na-Aluminiuni-Silikat

Ca-Silikat

Amorphe Kieselsaure

S1O2, %
AI2O3, %
CaO, %

H2O2, %

Glühverlust (incl. Wasser, %)

Primärteilchendurchmesser nm, %

Sekundärstrukturen μπι, %

Struktur

BET-Oberfläche, mVg

Die Produkte b-c lagen als getrocknete, gemahlene Pulver vor. Bei der Dispergierung der Streichmasse wurde auf scharfe Scherbeanspruchung verzichtet.

71	80	87
8
0,2	4
7	2	—
6	5	5
13	13	11
25-35	85	18
2-4	2-4	2-5
röntgen-	röntgen-	röntgen
amorph	amorph	amorph
110	35	210

Das gestrichene Papier wurde auf einem Kalander in Durchgängen bei einem Liniendruck von 200 kp/cm satiniert. Zur Beurteilung der Bedruckbarkeit wurden je Rolle dieser Papiere auf einer Testacolor-Tiefdruckmaschine bedruckt. Gemessen wurden weiter Glanz, Glätte und Weißgehalt.
■ Die Ergebnisse zeigt die nachstehende Tabelle. Das Beispiel 2a entspricht mit einem Pigmentanteil von 100% Kaolin dem Stand der Technik. Die schon im Beispiel la beschriebenen Verbesserungen durch das Na-Aluminiumsilikat-Pigment wurde reproduziert. Die Wirkungsgrade des amorphen Ca-Silikats (2c) und der amorphen Fällungskieselsäure (2d) liegen in der gleichen Größenordnung.

Versuche 3/a-d

1	Kaolin
2	Na-Al-Silikat
3	Ca-Silikat
4	Kieselsäure
5	Dispergiermittel
6	selbstverdickender Latex
7	Ca-Stearat
8	Feststoffgehalt
9	Viskosität, cP
10	Auftragsgewicht, g/m²
11	Eigenschaften des Papiers:
11.1	Glätte (Kontaktanteil bei 25 kp)
11.2	Glanz (bei 60° /60°)
11.3	Weißgehalt (Elrepho R 46)
11.4	Opazität DIN 53 146
11.5	Bedruckung »missing dots«

100	90	90	90
	10
		10
			10
0,35	0,35	0,35	0,35
5,6	7,5	7,5	7,5
0,5	0,5	0,5	0,5
42,0	41,6	41,0	41,2
238	338	315	320
7,4	7,5	7,3	7,7
24	34	33	34
0,49	0,60	0,57	0,62
77,4	78,1	77,9	77,6
0,945	0,951	0,950	0,947
viele	kaum	kaum	kaum

709 537/388

<0 BGW

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gestrichenen Papieren im Flächengewichtsbereich von 45 bis 100 g/m² mit verbesserten Bedruckbarkeitseigenschaften durch beidseitiges Auftragen einer aus einem silikat- bzw. kieselsäurehaltigen Streichpigment, Bindemittel, Wasser und chemischen Zusatzstoffen bestehenden Streichmasse auf ein aus Zellstoff und gegebenenfalls Holzschliff und Füllstoff gebildetes Grundpapier und anschließendes Satinieren, dadurch gekennzeichnet, daß in die Streichmasse 3 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5—15 Gew.-%, bezogen auf das Streichpigment, eines synthetisch gewonnenen amorphen Produktes, bestehend aus einem Silikat des Aluminiums und/oder Calciums und/oder aus Kieselsäure mit einer mittleren Primärteilchengröße < 150 nm, vorzugsweise im Bereich von 10-80 nm, einer mittleren Sekundärteilchengröße < 10 μΐη, vorzugsweise 2 bis 4 μίτι, und einer spezifischen Oberfläche, gemessen nach der BET-Methode, <300m²/g, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 150m²/g, eindispergiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Silikat ein Natrium-Aluminiumsilikat mit folgenden Parametern: