DE2453910C3

DE2453910C3 - Wässrige Streichmassen für Papier und Karton

Info

Publication number: DE2453910C3
Application number: DE19742453910
Authority: DE
Inventors: Pierre Versailles; Levy Albert OrIy; Canard (Frankreich)
Original assignee: Rhone-Progil S.A., Courbevoie, Hautsde-Seine (Frankreich)
Priority date: 1973-11-15
Filing date: 1974-11-14
Publication date: 1977-04-28

Description

Die Erfindung betrifft wäßrige Streichmassen für Papier und Karton, die einen festhaftenden Aufstrich mit besonders hohem Glanz ergeben. Die Erfindung ist ferner auf ein Streichverfahren für Papier und Karton mit Hilfe der Streichmassen sowie auf die bei diesem Verfahren erhaltenen gestrichenen Papiere und Kartons gerichtet.

Wäßrige Streichmassen für Papier und Karton enthalten bekanntlich im Prinzip Pigmente und Bindemittel. Als Pigment wird am häufigsten mineralischer Ton verwendet. Es ist auch möglich, andere Pigmente, z. B. Calciumcarbonat, Titandioxyd, Hydrargillit, Talkum und Bariumsulfat, in geringen Anteilen, bezogen auf den mineralischen Ton, zu verwenden. Diese Pigmente werden in Wasser im allgemeinen in alkalischein Milieu und in Gegenwart von Dispergiermitteln, die in Mengen zwischen 0,2 und 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Pigmente, verwendet werden, dispergiert. Die wichtigsten Dispergiermittel sind Tetranatriumpyrophosphat, Natriumhexametaphosphat und die niedrigmolekularen Polyacrylate. Die Pigmente werden mit Hilfe von Bindemitteln am Papier oder Karton fixiert. Als Bindemittel werden im allgemeinen wäßrige Dispersionen von synthetischen Polymerisaten, z. B. Styrol-Butadien-Copolymerisaten, Acrylpolymerisaten oder Polyvinylacetaten, die allein oder in Mischung mit natürlichen Bindemitteln wie Stärken, Proteinen und Casein, oder synthetischen Bindemitteln wie Polyvinylalkohol verwendet werden, verwendet. Es ist ferner möglich, den wäßrigen Dispersionen Produkte, die das Rückhaltevermögen der Streichmassen für Wasser verbessern, z. B. Carboxymethylcellulose oder Alginate, zuzusetzen.

Die Streichmassen können schließlich andere verschiedene Bestandteile, insbesondere Vernetzungsmittel, Schaumverhütungsmittel, Gleitmittel, optische Aufheller und Farbstoffe, enthalten.

Das Streichen des Papiers und Kartons mit den wäßrigen Streichmassen erfolgt mit Streichmaschinen nach verschiedenen Methoden, bei denen verschieden; Vorrichtungen verwendet werden, von denen die in der Technik unter den folgenden Bezeichnungen bekannten Vorrichtungen zu nennen sind: Luftbürste, Size-Press, Champion-Streichmaschine, Massey-Streichmaschine und Schlepprakel. Nach dem Aufbringen der Streichmasse wird das Papier oder der Karton getrocknet.
Die erwarteten Eigenschaften der gestrichenen

ίο Papiere und Kartons sind einerseits Eigenschaften wie

Weißgrad, Glanz und Deckfähigkeit (Opazität) und andererseits die Bedruckbarkeit und drucktechnischen Eigenschaften.

Das in der Sireichmasse verwendete Pigment verleiht dem Papier optische Eigenschaften, unter denen der Glanz des gestrichenen Papiers eine gewünschte Eigenschaft sein kann. Der Glanz eines gestrichenen Papiers erscheint erst, nachdem dieses einer Nachbehandlung oder Fertigbehandlung, z. B. einer Kalandrierung, bei der das gestrichene Papier unter Druck zwischen zwei oder mehreren Walzen durchgeführt wird, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit laufen, unterworfen worden ist. Die hierbei entstehende Friktion ermöglicht es einerseits, die Oberfläche des Papiers zu glätten, und andererseits den lamellenförmigen Teilchen des Pigments die gleiche Ausrichtung parallel zur Ebene des Papiers zu geben, wodurch dem Papier der Glanz verliehen wird.
Die Steigerung des Kalandrierdrucks ermöglicht m allen Fällen eine Verbesserung des Glanzes. In gewissen Fällen ist jedoch der Kalandrierdruck begrenzt, da eine genügende, zum Bedrucken des gestrichenen Papiers notwendige Porosität der Schicht aufrechterhalten werden muß (die Porosität nimmt mit steigendem Kalandrierdruck ab) oder da im Falle von gestrichenem Karton dessen Steifigkeit erhalten bleiben muß. Der Grad des Glanzes, der in diesen Fällen erzielt werden soll, erfordert die Anwendung von komplizierteren Nachbehandlungen des Papiers als das Kalandrieren, z. B. Bürsten und Glanzkalandrieren.

Als Pigment wird in den Streichmassen am häufigsten das Kaolin verwendet. Die Verbesserung des Glanzes des gestrichenen Papiers kann die Verwendung geringer Mengen anderer Pigmente wie Tonerde, Satinweiß und Calciumcarbonat von feiner Körnung erfordern. Die Verwendung dieser Füllstoffe ermöglicht eine Verbesserung des Glanzes, ohne die anderen optischen Eigenschaften und die Bedruckbarkeit des gestrichenen Papiers zu verschlechtern, und häufig sogar eine Verbesserung dieser anderen Eigenschaften.

Aus der DT-PS 9 77 126 sind Papierstreichmassen

bekannt, die als anorganisches Pigment ein feines China Clay und als organisches Pigment Polyvinylchlorid enthalten. Aus der US-PS 23 95 992 sind Papierstreichmassen bekannt, die als Pigment Calciumcarbonat enthalten, dessen Teilchen zu 80% oder mehr einen Durchmesser von unter 2 ;i aufweisen. In der DT-OS 16 96 190 werden Pigmentdispersionen zum Beschichten von Papier beschrieben, wobei das Pigment aus Naturschlämmkreide besteht, die wenigstens 60 Gew.-% Teilchen eines Durchmessers unter 2 μ enthält.

Es wurde bereits erwähnt, daß durch Verwendung von Calciumcarbonat von sehr feiner Körnung in Mischung mit dem Kaolin der Glanz des gestrichenen Papiers verbessert werden kann. Unter einer sehr feinen Körnung sind Calciumcarbonate zu verstehen,

'•f

die aus Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 0,2 μ bestehen.

Es ist ferner bekannt, daß dagegen durch Verwendung von gewöhnlichen Calciumcarbonaten von gröberer Körnung, d. h. Calciumcarbonaten aus Teilchen, deren Durchmesser im allgemeinen zwischen 0,6 und 2 μ liegt, der Glanz der gestrichenen Papiere verschlechtert ist, so daß ihre Verwendung als Hauptpigment nicht zu empfehlen ist.

Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, ge- ίο strichene Papiere mit ausgezeichnetem Glanz zu erhalten, wenn man zum Streichen des Papiers wäßrice Streichmassen verwendet, die ein sehr billiges anorganisches Pigment und daneben als sekundäres Pigment synthetische Polymerisate in Latexform enthalten.

Gegenstand der Erfindung sind wäßrige Streichmassen für Papier und Karton, die einen fest haftenden Strichauftrag mit besonders hohem Glanz ergeben und in Dispersion ein Pigment und ein das Pigment bindendes Mittel enthalten, wobei das Pigment zu 70 bis 95 Gew.-% aus einem anorganischen Pigment und :u 5 bis 30 Gew.-% aus einem synthetischen Polymerisat besteht, das im Bindemittel unlöslich und unter den Bedingungen des Strichauftrages und der Fertigbehandlung des Strichauftrages nicht filmbildend ist, die dadurch gekennzeichnet sind, daß das synthetische Pigment aus Teilchen einer Größe zwischen 0,05 und 0,30 μ und daß das anorganische Pigment aus einem grobkörnigen Kaolin besteht, bei dein nur 65 bis 75 Gew.-% der Teilchen einen Durchmesser unter 2 μ aufweisen.

Eine besonders bevorzugte Klasse von synthetischen Polymeren, die für die Zwecke der Erfindung geeignet sind, bilden die überwiegend aus Kohlenwasserstoffen bestehenden Polymerisate.

Als Beispiele geeigneter organischer Produkte, die als feinteilige Polymerisate für das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden können, seien genannt: Aromatische Polyvinylverbindungen, z. B. Polystyrol, Poly-*-methylstyrol, Poly-'i-methylstyrol, Poly-2-methylstyrol, Poly-3-methylsiyrol, Poly-4-nethoxystyrol, Poly-2-hydroxymethylstyrol, Poly-4-äthylstyrol, Poly-4-äthoxystyrol, Poly-3,4-dimethylstyrol, Poly-2-chlorstyrol, Poly-3-chlorstyrol, Po!y-4-chlor-3-methylstyrol, I'oly-4-tert.-butylstyroi, Poly-2,4-dichlorstyrol, Poly-2,6-dichlorstyrol, Poly-2,5-difiuorstyrol und Poly-1-vinylnaphthalin, Polyolefine und halogenierte Polyolefine, z. B. Polyvinylchlorid, PoIy-3-cyclohexyl-l-propen, Polyvinylcyclohexan, Polyhexafluorpropylen, Poly-3-o-methylphenylpropen, Polyäthylen, Polypropylen, Poly-1-buten, Poly-1-penten, Poly-3,3-dimethyl-l-buten, Poly-5,5-dimethyl-l-hexen und Poly-3-methyl-l-buten, Polyvinylidenchlorid, Poly-1,2-difliioräthylen, Ester von Λ,/9-äthylenisch ungesättigten Säuren, z. B. Polymethacrylate, Polychloracrylate und Polychlormethacrylate, z. B. Polymethylinethacrylat, Poly-2-chloräthylmethacrylat, Polyisopropylmethacrylat, I'olycyclohexyichloracrylat, Pol>äthylchloracrylat, Polyisobutylchloracryku, Polyisopropylchloracrylat und Polymethylchloracrylat, andere Polyester, z. B. Äthylen-l.S-naphthalatpolymere, PoIyäthylenterephthalat, Polyvinylacetat, Polyallylacetat und Polyvinylpropionat, und Polysulfone. Geeignet sind außerdem Copolymerisate, deren monomere Bestandteile aus den Monomeren der vorstehend genannten Polymerisate bestehen.

In den vorstehend genannten geeigneten Polymerisaten können verschiedene andere neutrale copolymerisierbare Monomere, z. B. Monomere mit konjugierten äthylenischen Doppelbindungen, als Comonomere in geringen Mengen, z. B. bis 20%, vorhander, sein. Als Beispiele von Monomeren mit konjugierten äthylenischen Doppelbindungen sind 1,3-Butadien, Isopren und 2-Chlor-l,3-butadien zu nennen. Geeignet als Alkylacrylate sind beispielsweise Methylacryiat, Äthylacrylat, n-Propylacrylat, sek.-Butylacrylat und n-Butylacrylat.

Geringe Mengen von Λ,/^-äthylenisch ungesättigten Carbonsäuren können ebenfalls copolymerisierte Bestandteile der polymeren Pigmente sein. Als Beispiele solcher Carbonsäuren sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Itaconsäure und Fumarsäure zu nennen.

Die als Pigmente für das Verfahren gemäß der Erfindung geeigneten synthetischen Polymerisate werden in Form von Latices nach beliebigen an sich bekannten Verfahren der Polymerisation in wäßriger Emulsion hergestellt. Man stellt beispielsweise eine Dispersion des oder der Monomeren in einer wäßrigen Lösung her, die einen Emulgator und einen Elektrolyten enthält. Der Dispersion wird ein wasserlöslicher radikalbildender Kaulysator zugesetzt, um die Polymerisation auszulösen. Das Gemisch wird bis zur Beendigung der Polymerisation gerührt. Die Größe der Teilchen wird nach bekannten Methoden, beispielsweise durch Änderung der Mengen von Emulgator und Elektrolyt im System, eingestellt.

Als Bindemittel eignen sich für die Zwivke der Erfindung u. a. die natürlichen Bindemittel, wie Stärke, Proteine und Casein, und bekannte synthetische Bindemittel. Als synthetische Bindemittel eignen sich u. a. Copolymerisate von Styrol und Butadien, Copolymerisate von Alkylacrviaten mit Styrol, Copolymerisate von Alkylacrylatcn mit Vinylacetat und Homopolymerisate von Vinylacetat.

Zur Erzielung guter Ergebnisse beim Verfahren gemäß der Erfindung enthalten die wäßrigen Streichniassen 60 bis 250 Gew.-Teile Bindemittel pro 100 Gew.-Teile polymeres Pigment und 6 bis 25 Gew.-Teile Bindemittel pro 100 Gew.-Teile Gesamtpigment.

Die wäßrigen Streichmassen gemäß der Erfindung können durch Mischen des sekundären Pigments in Form von Latex mit dem wäßrigen Medium, das das Bindenvltel, das oder die anderen Pigmente und gegebenenfalls die anderen Zusatzstoffe enthält, hergestellt werden.

Die wäßrigen Streichmassen gemäß der Erfindung v.erden auf wenigstens eine Seite des Papiers oder Kartons nach beliebigen bekannten Methoden, z. B. nach dem Luftbürstenverfahren, mit Hilfe der Size-Press, der Champion-Streichmaschine, der Massey-Streichmaschine und des Schlepprakels aufgetragen. Nach dem Stieichen wird das Papier oder der Karton getrocknet und anschließend einer Nachbehandlung beispielsweise durch Kalandrieren, Bürsten oder Satinieren unterworfen.

Nachstehend werden einige AusfüliPingsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Beispiele 1 bis 14

Wäßrige Streichmassen werden hergestellt. Eine Schicht von gleich.näßiger Dicke jeder Masse wird nach dem Luftbürstenverfahren auf ein Papier aufgetragen. Das in dieser Weise gestrichene Papier wird in einem Tunnelofen bei einer Temperatur von 90¹C

getrocknet und dann kalandriert. indem es viermal nacheinander zwischen zwei Walzen unter einem Liniendruck von 50 kg/cm durchgeführt wird.

Nach dem Trockenen und Kalandrieren wird das gestrichene Papier bei einer Temperatur von 20" C in einer Atmosphäre mit 65 "_o relativer Feuchtigkeit konditioniert und dann auf Weißgrad, Glanz, Opazität, Trockenabreißfestigkeit und Naßabreißfestigkeit nach den folgenden Methoden geprüft:

Weißgrad:" Er wird nach der Norm AFNOR 0 03.039 »Bestimmung des »ISO«-Weißgrades von Papier und Karton« bestimmt.

Glanz: Er wird mit Hilfe des Reflektometers »Electrosynthese SP 64« bestimmt.

Opazität: Sie wird nach der Norm AFNOR 0 03.006 »Messung der Opazität von Papieren« bestimmt.

Trockenabreißfesti.ekeil: Sie wird mit Hilfe des vom »Institut für graphische Technik« entwickelten IGT-Apparats bestimmt, wobei das gestrichene Papier oder der gestrichene Karton mit einer Druckwalze in Berührung gebracht wird, deren Druck auf das Papier oder den Karton auf einen gewählten Wert eingestellt wird und deren Geschwindigkeit erhöht wird, bis beginnendes Abreißen des Strichauftrages festgestellt wird.

Die Trockenabreißfestigkeit wird durch den Wert der Geschwindigkeit ausgedrückt, die dem beginnenden Abreißen entspricht. Die Druckfarbe »3804« mit abgestufter Haftfestigkeit (Hersteller Etablissements Lorilleux Lefranc) wird verwendet.

Naßabrei(?festigkcit: Sie wird ebenfalls mit Hilfe des IGT-Apparates bestimmt, jedoch wird eine Papieroder Kartonprobe bedruckt, auf die vorher ein dünner Wasserfilm aufgebracht worden ist. Die Naßabreißfestigkeit wird visuell durch Vergleich mit anderen Proben bestimmt. Verwendet wird die Druckfarbe »3801« (Hersteller Etablissement Lorilleux Lefranc). Die Ergebnisse werden in Bewertungsziffern von 0 bis 10 ausgedrückt, wobei die NoIeO einem Papier mit sehr schlechter Festigkeit entspricht, während die Note 10 einem Papier mit ausgezeichneter Abreißfestigkeit gegeben wird.

Die Versuchsreihe mit den Beispielen 1 bis 9 veruischaulicht den Einfluß der Teilchengröße des synthetischen Pigments auf die erhaltenen Ergebnisse sowie die Möglichkeit, gemäß der Erfindung Kaoline mit erober Körnung als Hauptpigment zu verwenden.

Nach ihrer Körnung, die in der folgenden Tabelle 1 cenannt ist, sind vier Arten von Kaolinen zu unterscheiden die als Kaolin Nr. 1. Kaolin Nr. 2, Kaolin Nr. 3 und »Hochglanzkaolin« bezeichnet werden.

Tabelle!

Anteil d:r Teilchen mit
einem Durchmesser unter
2 μ, Gew.-%

Kaolin Nr. 1
Kaolin Nr. 2
Kaolin Nr. 3
Hochglanzkaoiin

90 bis 94
80 bis 84
65 bis 75
95 bis 100

Die Kaoline Nr. 1. Nr. 2 und das »Hochglanz«- Ka^lin führen bei Verwendung als alleinige Pigmente auf Grund ihrer genügend feinen Körnung zu gestrichenen Papieren mit ausreichendem Glanz.

Das Kaolin Nr. 3 konnte bisher auf Grund seiner crobcn Körnung nicht zum Streichen von Papier verwendet werden. Es führt zu gestrichenen Papieren mit uncenüccndem Glanz.

fn der folgenden Tabelle sind die Eigenschaften und Kennzahlen" der Latices genannt, die synthetische Polymerisate, die als Pigment verwendet werden, in einer Menge von 50",', Feststoff enthalten.

Tabelle 2

Latex A
Latex B
Latex C
Latex D
Latex E

Polymerisat	Teilchen
	größe. ;i
Polystyrol	0,15
Polystyrol	0,35
Polyvinylchlorid	0.15
Polysulfone	0,20
Polystyrol	0,28

Tabelle 3

Beispiel
1

Kaolin Nr. 1

Kaolin Nr. 2

Kaolin Nr. 3

Natriumpyrophosphat

Butadien-Styrol-Latex

(carboxyliert)

Latex Λ

Latex H

Latex C

Latex D

Latex L

Gewicht des Strichauftra.es.

	90	80	80	80	80	100	—
100			__			—	100	80
	0.4	0,4	0,4	0,4	0,4		0,4	0,4
0,4	16.8	19,6	19,2	19,8	IS	0,4	14	16,8
14					14

10

19

18

20

R, 5

20
18

19

20

18

Beispiel 1 bis 9

In der vorstehenden Tabelle 3 sind Art und Gcw vhtsilc'ik· der fe.tcn Bestandteile der Strcichma-.M die 6,5 jedem der Beispiele entsprechen, sowie das Gewicht des Strichaufirags angegeben. Die Streichmassen werden durch Zusatz von Ammoniak auf einen pH-Wert \on S.s i'cbr.icht. Sie werden se eingestellt. Ί;ιΠ sie

60 Gew.-% Trockenmasse enthalten, und ihr Bindemittelgehalt wird so eingestellt, daß die gleiche Trockenabreißfestigkeit erzielt wird. Das Gewicht des Strichauftrats wird so gewählt, daß die Dicke der Schicht bei allen Proben gleich ist.

In der folgenden Tabelle 4 sind für jede Probe die Eigenschaften der gestrichenen Papiere genannt.

Tabelle 4

Beispiel

Weißgrad Glanz Opazität

IGT trocken

IGT feucht

74,1

75,3

75

75,7

75,3

75

74,1

73,2

74,2

21
28
30
28
31
23
21
12
22

89,6
89,1
89,4
89,3
89,1
90,4
90,2
89,1

68 68 68 68 68 68 68 68 68

4 6

7 5 6 5 4 4 5

Die Beispiele 1 bis 8 sind Vergleichsbeispiele, während Beispiel 9 ein erfindungsgemäß durchgeführter Versuch ist.

Die Ergebnisse zeigen, daß es mit der wäßrigen Streichmasse gemäß der Erfindung, die als Hauptpigment Kaolin Nr. 3 enthält (Beispiel 9), möglich ist, ein gestrichenes Papier zu erhalten, das ?inen ebenso hohen Glanz wie das unter Verwendung von Kaolin Nr. 1 als alleiniges Pigment erhaltene Papier (Beispiel 7) und ebenso gute übrige Eigenschaften aufweist.

Beispiele 10 bis 14

In der folgenden Tabelle 5 sind Art und Gewichtsanteil der festen Bestandteile der Streichmassen, die je dim der Beispiele entsprechen, sowie das Gewicht des Strich auf trags angegeben. Die Streichmassen werden mit Ammoniak auf pH 8,5 eingestellt. Sie werden so eingestellt, daß sie 60 Gew.-% Trockenmasse enthalten. Ihr Bindemittelgehalt wird so gewählt, daß die gleiche Trockenabreißfestigkeit erzielt wird.

Das Gewicht des Strichauftrags wird so gewählt, daß die Dicke der Schicht bei allen Proben gleich ist.

	Tabelle 5	Heispiel	H	12	13	14
		10
		100	100		80
5	Kaolin Nr. 2
	Gefälltes Calcium
	carbonat, Teilchen		—	100	—	80'
	durchmesser 1 μ	—
IO	Natürliches Calcium
	carbonat, Teilchen		0,6	0,6	0,55	0,55
	durchmesser I μ	0,4	14	14	19,6	19,6
	Natriumpyrophosphat	14
	Butadien-Styrol-Latex		0,5	0,5	0,5	0,5
15	(carboxyliert)	0,5
	Carboxymethyl				20	20
	cellulose		20	20	18	18
	Latex A	20
	Gewicht des Strich-
20	auftracs, 2/m²

In der folgenden Tabelle 6 sind für jede Probe die Eigenschaften der gestrichenen Papiere genannt.

Tabelle 6

Beispiel
10 11

12

13

₃o Weißsrad, °_o	82	81	82	82	9	83	,9
Glanz, "_o	20	3	0	~n	20
Opazität, "„	90,2	90,2	90.5	91,0	S9
IGT trocken (cm/Sek.)	52	52	52	52	52
IGT feucht	8	10	10	8

Die Beispiele 10, 11 und 12 sind Vergieich^beispiele, während die Beispiele 13 und 14 Versuche gemäß der Erfindung betreffen.
Die Ergebnisse zeigen, daß es mit den wäßrigen Streichmassen gemäß d:r Erfindung möglich ist, gestrichene Papiere zu erhalten, die einen ebenso hohen Glanz haben wie die unter Verwendung des Kaolins als alleiniges Pigment erhaltene Papiere (Beispiel 10). Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn das Calciumcarbonat als alleiniges Pigment verwendet wird (Beispiele 11 und 12).

Bei Verwendung von gefälltem Calciumcarbonat als Pigment ist ferner festzustellen, daß ein gestrichenes Papier mit hoher Porosität erhalten wird, die zur Vermeidung des Abschmutzens beim Druck günstig ist.

709 617/372

Claims

'i Patentansprüche:

1. Wäßrige Streichmassen für Papier und Karton, die einen festhaftenden Strichauftrag mit besonders hohem Glanz ergeben und in Dispersion ein Pigment und ein das Pigment bindendes Mittel enthalten, wobei das Pigment zu 70 bis 95 Gew.-⁰.', aus einem anorganischen Pigment und zu 5 bis 30 Gew.- % aus einem synthetischen Polymerisat besteht, das im Bindemittel unlöslich und unter den Bedingungen des Strichauftrages und der Fertigbehandlung des Strichauftrages nicht filmbildend ist, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Pigment aus Teilchen einer Größe zwischen 0,05 und 0,30 μ und daß das anorganische Pigment aus einem grobkörnigen Kaolin besteht, bei dem nur 65 bis 75 Gew.-% der Teilchen einen Durchmesser unter 2 μ aufweisen.

2. Streichmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als synthetische Polymerisate Styrolpolymerisate, Vinylchloridpolymerisate und/ oder Polysulfone enthalten.