DE2806328A1

DE2806328A1 - Verfahren zur herstellung einer waessrigen streichmasse fuer papier mit einer dispersion eines vinylacetatcopolymerisats als bindemittel

Info

Publication number: DE2806328A1
Application number: DE19782806328
Authority: DE
Inventors: Pieter Gerard Stoutjesdijk; Gerrit Jan Stuut
Original assignee: Koninklijke Scholten-Honig NV
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1977-02-17
Filing date: 1978-02-15
Publication date: 1978-08-24
Also published as: SE7801802L; IT7820332A0; GB1601641A; IT1095421B; NL7701688A; ES467600A1; ZA78908B; FR2381130A1

Description

Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Streichmasse für Papier mit einer Dispersion eines Vinylacetatcopolymerisats als Bindemittel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Streichmasse für Papier auf der Basis : von Pigment und einer Dispersion eines Vinylacetatcopolymerisats als Bindemittel.

Die Papierstreichmassen, die Dispersionen als Bindemittel enthalten, müssen gute rheologische Eigenschaften bei einem möglichst hohen Trockenstoffgehalt aufweisen. Die mit diesen Streichmassen behandelten Papiere sollen u.a. beispielsweise folgende Eigenschaften besitzen: Rupffestigkeit, Wasserfestigkeit, genügende

Porosität, gute Farbannahme, Glätte, Glanz und Licht-• beständigkeit. Die als Bindemittel verwendeten Dispersionen sollten verschiedene Eigenschaften besitzen, um den daraus hergestellten Filmen oder Streichschichten auf Papier die erwünschten Eigenschaften zu erteilen. Die Dispersionseigenschaften, die eine wichtige Rolle spielen, sind hier zu nennen, sowie Teilchengröße, mechanische Stabilität, Lagerbeständigkeit, Gefrier - Tau-Stabilität, Wärmestabilität, Pigmentbindungsfähigkeit, > 20 Kombinierbarkeit mit anderen Bindemitteln, Stabilität in bezug auf zweiwertige Ionen, Neigung zur Schaumbildung, Viskosität und rheologische Eigenschaften.

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Obwohl schon zahlreiche Zusammensetzungen bekannt sind, die einer oder mehreren der genannten Anforderungen für die Dispersion oder das gestrichene Papier entsprechen, sind sie in verschiedenen Eigenschaften doch noch zu unvollkommen, so daß die erwünschte Papierqualität nicht erreicht werden kann.

Die bisher verwendeten Dispersionen in Streichmassen

für Papier auf der Basis von Polyvinylacetat und Vinylacetatcopolymerisaten erteilen dem gestrichenen Papier zwar eine genügende Porosität, die beim Rollen - Offsetverfahren von Bedeutung ist. Daneben rufen die genannten Dispersionen eine verhältnismäßig niedrige Rupffestigkeit, insbesondere eine geringe Naßrupffestigkeit hervor, was vor allem beim Offsetdruck zu Problemen führen kann.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Streichmasse auf der Basis einer Dispersion eines Vinylacetatcopolymerisats mit geringer Teilchengröße verfügbar zu machen, mit der gestrichenes Papier mit verbesserten Bedruckbarkeitseigenschaften, insbesondere mit verbesserter Naßrupffestigkeit, unter Beibehaltung der guten Porositätseigenschaften und der Steifigkeit hergestellt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Streichmasse für Papier auf der Basis von Pigment und einer Dispersion eines Vinylacetatcopolymerisats als Bindemittel, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man, bezogen auf das Pigment, 5 bis 30 Gew.% einer Dispersion eines Vinylacetatcopolymerisats, das durch Copolymerisation von Vinylacetat und, _; jeweils bezogen auf die Monomeren, 0,2 bis 2 Gew.% eines unaesättigten Monomeren mit organischen Sulfon- ^:

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säuregruppe)! und 0,2 bis 2 Gew.% eines multifunktionellen ungesättigten Monomeren erhalten worden ist, verwendet.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Dispersionen einen Gehalt an Trockenstoffen im Bereich zwischen 40 und 60 Gew.% aufweisen.

Als ungesättigte Monomere mit organischen Sulfonsäuregruppen kommen aliphatische und/oder aromatische Sulfonsäuren, beispielsweise Allylsulfonsäure, Methacrylsulfonsäuren, SuIfopropylmethacrylat und Vinyltoluolsulfonsäure in Betracht. Vorzugsweise wird Vinylsulfonsäure in Form des Natriumsalzes verwendet. Diese Monomeren werden, wie bereits erwähnt, in einer Menge von 0,2 bis 2 Gew.%, berechnet auf das Gewicht aller Monomeren, bei der Copolymerisation verwendet.

Als multifunktionelle ungesättigte Monomere werden beispielsweise geringe Mengen von Di- oder Polyallyläthern, Di- oder Polyacrylsäure- oder Methacrylsäureestern mehrwertiger Alkohole bzw. Mono- oder Polyestern ein- oder mehrwertiger ungesättigter Alkancarbonsäuren eingesetzt, vorzugsweise Pentaerythrittriallyläther. Gute Resultate werden, wie bereits erwähnt, mit Mengen von 0,2 bis 2 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der für die Copolymerisation verwendeten Monomeren, erzielt. Gegebenenfalls können noch ungesättigte Carbonsäuren aus der Gruppe Methacrylsäure, Acrylsäure, Itaconsäure und Crotonsäure als Comonomere verwendet werden. Vorzugsweise wird Crotonsäure in einer Menge von 0,01 bis 2 Gew.%, bezogen auf die Monomeren, eingesetzt.

pur bestimmte Anwendungen kann es von Vorteil sein, zusätzlich ein "weichmachendes" Monomeres bei der Copoly- ;

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mcrisation mit zu verwenden. Als weichmachende Monomere können beispielsweise Acrylsäure-, Methacrylsäure- und Crotonsäureester höherer Alkohole, Vinylester linearer und verzweigter Alkancarbonsäuren sowie Maleinsäureur.d Fumarsäureester höherer Alkohole verwendet werden. Diese intern plastifizierenden Monomeren werden im allgemeinen in Konzentrationen bis 25 Gew.% eingesetzt.

Die erfindungsgemäß verwendeten Copolymerisate werden zweckmäßig durch Emulsionspolymerisation erhalten. Die Monomeren können chargenweise oder allmählich der wässrigen Phase zugegeben werden. Als Emulgator werden die üblichen anionogenen Emulgatoren oder deren Mischungen verwendet. Gute Resultate werden mit Mengen von 0,3 bis 5 Gew.% Emulgator, bezogen auf die Monomeren, erzielt.

Beispiele von anionogenen Emulgatoren sind Alkylarylsulronate, Alkylsulfate, Sulfobernsteinsäuremono- und -dialkylester. Brauchbare nichtionogene Emulgatoren sind beispielsweise Äthylenoxyd - Derivate von Alkoholen oder Carbonsäuren mit langer Kette oder von Alkylphenolen.

Die Copolymerisation kann bei der Herstellung der Dispersionen in üblicher Weise in Gegenwart von radikalbildenden Katalysatoren, wie beispielsweise Peroxyden oder Persulfaten durchgeführt werden. Außerdem können bei der Emulsionspolymerisation alle üblichen Aktivatoren und Stabilisatoren oder anderen Mittel zum Einsatz kommen.

Bei der Herstellung der wässrigen Dispersionen empfiehlt sich eine mittlere Teilchengröße der Latexteilchen unterhalb etwa 0,3 um, insbesondere im Bereich zwischen 0,1o und 0,25 um.

Als Pigmente der Streichmassen gemäß der Erfindung können beispielsweise Kaolin, Calciumcarbonat, Satinweiß, Titandioxid, Calciumsulfat und Bariumsulfat Verwendung finden. Berechnet auf das Pigment werden vorteilhaft

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5 bis 30 Gew.% der Dispersion des Vinylacetatcopolymerisats mit einem Trockenstoffgehalt von 40 bis 60 Gew.% verwendet. Die Dispersionen des Vinylacetatcopolymerisats können teilweise durch andere Pigment - Bindemittel, beispielsweise Stärke oder Stärkederivate, wie enzymatisch oder oxidativ abgebaute Stärke, Casein, Polyvinylalkohol und synthetische Polmerdispersionen ersetzt werden.

: Neben den Pigment - Bindemitteln und Pigmenten können die üblichen Dispergiermittel, beispielsweise Polyphosphate und Polyacrylate, sowie Antischaummittel, optische Bleichmittel und auch Farbstoffe zugegeben werden. Zur Erhöhung der Wasserretention der Streichmassen kann es vorteilhaft sein, eine geringe Menge eines wasserlöslichen Polymeren zuzugeben, beispielsweise Alginate oder Carboxymethylcellulose.

Die Streichmassen gemäß der Erfindung haben vorzugsweise einen Trockenstoffgehalt von 25 bis 65 Gew.% und einen ■ pH-Wert von 7 bis 11. Sie können nach den üblichen Metho-' 20 den auf Papier aufgebracht werden, beispielsweise mit einer Rakel, doch sind auch andere Beschichtungsvorrichtungen, wie Walzen und Luftmesser geeignet.

Das mit den erfindungsgemäß hergestellten Streichmassen : gestrichene Papier weist eine ausgezeichnete Bedruckbarkeit auf, es hat eine große Trocken- und Naßrupffestigkeit sowie gute Absorptionseigenschaften, was vor ■

' allem in den K & N-Farbtest, der gemäß TAPPI Standard ; ! i

] RC-19 durchgeführt wird, zum Ausdruck kommt. Die Trocken- ! rupf festigkeit kann mit dem I .G.. T. -Probendruckgerät AC„

ι 30 bestimmt werden, wobei der Abschnitt mit dem Papierstreij fen bei einem Liniendruck von 35 kg/cm mit zunehmender ' ■ Geschwindigkeit an der Druckscheibe, die mit einem Film

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eines Rupföls mit Standardviskosität und -dicke versehen ist, vorbeigeführt wird. Die Trockenrupffestigkeit wird

^ Io t-G IC ^i ^ O ί S G

in ^: angegeben. Die Feuchtrupf festigkeit

v/ird mit demselben Apparat bestimmt. Das zu prüfende Papier v/ird mit schwarzer Offsetfarbe bedruckt; ebenso v;ird das zu untersuchende Papier bedruckt, nachdem es mittels des I.G.T.-Apparats mit einem Wasserfilm versehen ist. Von beiden bedruckten Streifen wird die Densität D gemessen.

Das Maß der Feuchtrupffestigkeit wird mit der nachstehenden Formel angegeben:

/ D nass 1

I D trockeni'

Feuchtrupffestigkeit = 100 - { /* ¹°°

Ein höherer V7ert bedeutet mehr Feuchtrupf festigkeit, 0 bedeutet keine Feuchtrupffestigkeit.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiel 1

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer Streichmasse gemäß der Erfindung mit einer Dispersion eines Copolymerisats auf der Basis von 93,6 Gew.% Vinylacetat, 1 Gew.% des Natriumsalzes der Vinyisulfonsäure und 0,4 Gew.% Pentaerythrittriallyläther als Bindemittel. Diese Streichmasse, die einen pH-Wert von 8,5 aufwies, hatte die nachstehende Zusammensetzung:

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Bestandteile Gewichtsteile

Kaolin 30

Kreide 20

Natriumhexametaphosphat 0,2

Natriumpolyacrylat 0,2

NaOH 0,12 wässrige Dispersion des PoIyvinylacetatcopolymerisats (ber.

als Trockenstoff) 12

Carboxymethylcellulose 0,5 Wasser bis 62% Trockenstoff

Die Streichmasse wurde mit einer Rakel auf die Siebseite eines 80 g-Papier aufgetragen und getrocknet. Der

2 trockene Auftrag betrug 17 bis 19 g/m . Nach dem Kalandrieren wurde das Papier bei 65 % R. F. und 20 C konditioniert. Sodann wurde es auf K & N-Farbabsorption nach der Standardmethode und auf Rupffestigkeit mittels des I.G.T.-Testgeräts, und zwar sowohl auf Trocken- als auch auf Naßrupffestigkeit, geprüft. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle wiedergegeben.

Beispiel 2

Gemäß der in Beispiel 1 beschriebenen Weise wurde eine Streichmasse hergestellt, jedoch mit der Dispersion eines Copolymerisats auf der Basis von 97,6 Gew.% Vinylacetat, 1 Gew.% des Natriumsalzes der Vinylsulfonsäure und 0,4 Gew.% PentaerythrittrialIylather als Bindemittel, wobei als ungesättigte Carbonsäure 1 Gew.% Crotonsäure . copolymerisiert wurde . I

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Uoispiel 3

Gemäß dor in Beispiel 1 beschriebenen Weise wurde eine Streichmasse mit einem im Handel erhältlichen Vinylacetatcopolymerisat als Bindemittel hergestellt. Diese
Streichmasse und die des Beispiels 2 wurden unter den

gleichen Bedingungen wie die Streichmasse nach Beispiel 1 auf die Siebseite eines 80 g-Papier aufgetragen und getrocknet. Auch diese Papiere wurden nach dem Kalandrieren und Konditionieren bei 65% R. F. und 20°C untersucht.

Die Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle wiedergegeben.

	Tabelle	g/m'/ Seite	K&N-Farb-	I.G.T	.-Rupffest
Streich	Bindemittel Auftrag		absorpt.	trock. ^m - Γ	feucht %
masse Beispiel		18 17 18		Sek." ^Γ
			34 35 37	330 400 320	15 10 50
1 2 3	Disper.1 Disper.2 i.Hd.erh. Copolym.

Die Trockenrupffestigkeit von Papier mit den Dispersionen der Vinylacetatcopolymerisate als Bindemittel gemäß der Erfindung ist erheblich höher als die, die mit einem im Handel erhältlichen Vinylacetatcopolymerisat erhalten wird. Dies gilt in noch stärkerem Maße für die Naßrupffestigkeit (Feuchtrupfen). Aus den K & N-Farbwerten
geht hervor, daß die Dispersionen gemäß der Erfindung
eine gleich gute Farbabsorption ergeben wie die Vergleichsdispersion .

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Zusammenfassend kann gefolgert werden, daß die Bindemittel-Dispersionen gemäß der Erfindung gestrichenen Papieren ausgezeichnete Rupfeigenschaften erteilen, insbeondere eine hohe Feuchtrupffestigkeit, unter Beibehaltung einer guten Farbabsorption.

/S* ORIGINAL INSPECTS

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Claims

VON KREISLER SCHONWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREJSLER KELLER SELTING PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler +1973 Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues. Köln Dipl.-Chem. AIeIc von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Koninklijke Scholten-Honig N.V. DipL-lng.G.Selting, Köln Amsterdam, Niederlande 5KGiLNI , 14. Febr. 1978 Ke/s DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Streichmasse für Papier auf der Basis von Pigment und einer Dispersion eines Vinylacetatcopolymerisats als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß man, bezogen auf das Pigment, 5 bis 30 Gew.% einer Dispersion eines Vinylacetatcopolymerisats, das durch Copolymerisation von Vinylacetat und, jeweils bezogen auf die Monomeren, 0,2 bis 2 Gew.% eines ungesättigten Monomeren mit organischen Sulfonsäuregruppen und 0,2 bis 2 Gew.% eines aiultifunktionellen ungesättigten Monomeren erhalten worden ist, verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dispersion eines Vinylacetatcopolymerisats, das mit Di- oder Polyallyläthern, Di- oder Polyacrylsäure- oder Methacrylsäureestern mehrwertiger Alkohole bzw. Mono- oder Polyestern ein— oder mehrwertiger ungesättigter Alkancarbonsäuren erhalten worden ist, verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dispersion eines Vinylacetatcopolymerisats, das mit Pentaerythritallyläther als multifunktionellem Monomeren erhalten worden ist, verwendet.

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ORIGINAL INSPECTED

Telefon: (0221) 234541-4 - Telex:8882307 dopa d ■ Telegramm: Dompattnt KSIn

Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dispersion eines Vinylacetatcopolymerisats, das mit Vinylsulfonsäure in Form des Natriumsalzes als ungesättigtem Monomeren mit organischen SuIfönsäuregruppen erhalten worden ist, verwendet.

Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dispersion eines Vinylacetatcopolymerisats, das unter zusätzlicher Verwendung von 0,01 bis 2 Gew.% Crotonsäure, bezogen auf die Monomeren, erhalten worden ist, verwendet.

Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich ein anderes Pigmentbindemittel und/oder ein Wasserretentionsmittel verwendet.

Papier, Karton ο. dgl., behandelt mit einer nach den Ansprüchen 1 bis 6 hergestellten Streichmasse.

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