DE3924051A1 - Verfahren zum weisstoenen von papierstreichmassen - Google Patents

Verfahren zum weisstoenen von papierstreichmassen

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DE3924051A1
DE3924051A1 DE19893924051 DE3924051A DE3924051A1 DE 3924051 A1 DE3924051 A1 DE 3924051A1 DE 19893924051 DE19893924051 DE 19893924051 DE 3924051 A DE3924051 A DE 3924051A DE 3924051 A1 DE3924051 A1 DE 3924051A1
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Werner Bieber
Bernhard Hunke
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Jochen Dipl Ing Kruesemann
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/36—Coatings with pigments
    • D21H19/38—Coatings with pigments characterised by the pigments
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D21H21/14—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by function or properties in or on the paper
    • D21H21/30—Luminescent or fluorescent substances, e.g. for optical bleaching

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Description

Zur Herstellung gestrichener Papiere und Kartons werden in sehr großem Umfang wäßrige Streichmassen verwendet, welche neben den üblichen Weißpigmenten - vor allem China Clay und Calciumcarbonat - Kunststoff-Dispersionen als Bindemittel enthalten.
Zur optischen Aufhellung dieser Streichmassen werden in der Regel substantive anionische Weißtöner z. B. Alkali­ salze von Bistriazonylaminostilben-disulfonsäuren, ein­ gesetzt. Diese Weißtöner bringen jedoch nur sehr unbe­ friedigende Aufhell-Effekte und eine sehr niedrige Ver­ grauungsgrenze (Weißtöner-Konzentration, bei welcher eine weitere Zugabe des Weißtöners keine Steigerung oder sogar einen Abfall des Weißgrades ergibt). Darüber hinaus besitzen die genannten Weißtönertypen in jenen Streichmassen eine sehr niedrige Lichtechtheit.
Es ist allgemein bekannt, die genannten Schwierigkeiten auf zweierlei Wegen teilweise zu lösen:
  • 1. Durch Zusatz von geringen Anteilen an hydrophilen Cobindern zur Streichmasse, auf welche die Weißtöner aufziehen können. Solche Cobinder sind z. B.: Stärke, Kasein, Carboxymethylcellulose, Alginate, Polyvinylalkohol, Polyacrylate, Melamin- oder Harnstoff-Formaldehydharze (vgl. "Das Papier" 36 (1982), 66).
  • 2. Verwendung von speziellen wasserlöslichen Weißtö­ nern, welche hydrophile Carrier enthalten. Solche Carrier können z. B. Polyglykole sein (vgl. DE-A- 35 02 038 und EP-A-43 790).
Auf diese Weise kann zwar der Weißeffekt deutlich ver­ bessert werden, jedoch wird gleichzeitig die Wasser- Empfindlichkeit der gestrichenen Papiere erhöht, was bei bestimmten Druckverfahren und beim Gebrauch der ge­ strichenen Papiere zu Schwierigkeiten führt. Außerdem entstehen mit diesen Zusätzen zur Streichmasse häufig auf modernen schnell-laufenden Streichanlagen rheolo­ gische Probleme.
Es ist weiterhin bekannt (vgl. DE-A 31 12 435), wasser­ lösliche Weißtöner auf bestimmte Kunststoffe wie z. B. Harnstoff- oder Methylol-Harze aufziehen zu lassen und diese aufgehellten Kunststoffe als Dispersion der Papierstreichmasse zuzusetzen. Diese Vorschläge haben sich jedoch bisher wegen ihrer viel zu hohen Kosten oder wegen rheologischer Schwierigkeiten nicht durchsetzen können.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man Streichmassen für den Papierstrich ohne die genannten Nachteile mit den oben genannten Weißtönern aufhellen kann, wenn man den Streichmassen in beliebiger Reihen­ folge Aufheller und in Wasser dispergierbares Cellulose­ pulver oder ein Aufhellerprärarat bestehend im wesent­ lichen aus mit Aufheller belegtem Cellulosepulver zu­ setzt, wobei in jedem Fall das Cellulosepulver eine mittlere Teilchengröße von weniger als 50 µm aufweist.
Als Cellulosepulver geeignet ist z. B. mikrokristalline Cellulose, die aus Baumwoll-Linters oder Holzzellstoff zumeist durch eine Kombination von hydrolytischem Abbau und mechanische Naßzerkleinerung der Partikel sowie durch anschließende Sprühtrocknung gewonnen wird und die keinerlei Faserstruktur mehr aufweist (vgl. "Umschau" 77 (1977), 312).
Ebenfalls geeignet sind Cellulosepulver, die durch Trockenvermahlung von üblichem Holzzellstoff hergestellt wurden und die ebenfalls praktisch keine Faserstruktur mehr aufweisen.
Besonders geeignet sind Cellulosepulver, die eine hohe Kristallinität von über 30%, bevorzugt über 50%, sowie eine herabgesetzte Hydrophilie und eine Dispergierbar­ keit in Wasser bis zu einem Feststoffgehalt von ca. 25% aufweisen.
Bevorzugt sind derartige Cellulosepulver, die Teilchen­ größen von 25-35, insbesondere ca. 30 µm aufweisen.
Zur Herstellung der Streichfarbe können bis zu 20% Cel­ lulosepulver (bezogen auf Gesamtmenge an Pigmentzusatz) in die Streichfarbe eingesetzt werden.
Geeignete erfindungsgemäß zu verwendende Celluloseweiß­ töner sind Bistriazolylstilben-, Bisstilben- und vor allem Bistriazinyl-aminostilben-disulfonsäuren.
Beispiele für besonders geeignete Aufheller sind solche der Formel
worin
X₁ Amino, Methylamino, Ethylamino, Dimethylamino, Diethylamino, 2-Hydroxy-ethylamino, 3-Hydroxypropylamino, Di-(2-hydroxy-ethyl)-amino, Di-(2-hydroxypropyl)-amino, 2-Sulfo-ethylamino, Morpholino, Anilino, Chloranilino, Sulfoanilino, Methylanilino oder Disulfoanilino und
X₂ Hydroxy, Methoxy, Ethoxy, Methoxyethoxy, Chlor oder X₁ bedeuten,
sowie solche der Formel
worin
X₃ und X₄ Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Phenyl oder Sulfophenyl bedeuten,
sowie der Formel
worin
X₅ Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Methoxy, Ethoxy, Chlor oder Sulfo bedeuten, wobei in allen Fällen
Z ein Alkalimetall-, Amin- oder Ammoniumion ist.
Die Aufheller liegen vorzugsweise in Form ihrer Natrium­ salze vor.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Aufhellpräparati­ onen kann in einfacher Weise erfolgen, indem man geeig­ nete Cellulosepulver in Wasser dispergiert und mit üblichen anionischen Papier- oder Textilaufhellern ver­ setzt. Diese Dispersionen können übliche anionische oder nichtionische Dispergiermittel enthalten, z. B. sulfatier­ te oder unsulfatierte höhere Alkanol- oder Alkyl­ phenolpolyglykolether, Ligninsulfonate, Carboxymethyl­ cellulose, Hydroxyethylcellulose u. a.
Überraschenderweise zieht der Aufheller bereits bei niedriger Temperatur problemlos auf das dispergierte Cellulosepulver auf und das aufgehellte Cellulosepulver zeigt selbst bei relativ hohen Aufheller-Zusätzen keine Vergrauung.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Aufhellerpräparati­ onen sind neu und deshalb ebenfalls Gegenstand der vor­ liegenden Erfindung.
Die Aufhellerpräparation kann der Streichfarbe unmittel­ bar nach deren Herstellung in dispergierter Form zuge­ setzt werden und auf üblichen Streichmaschinen verar­ beitet werden. Möglich ist auch eine Isolierung des auf­ gehellten Cellulosepulvers durch übliche Verfahrens­ schritte, wie Filtration und Trocknung.
Eine andere erfindungsgemäße Variante besteht darin, das Cellulosepulver und den Aufheller in getrennter Form bei der Bereitung der Streichfarbe zuzusetzen, wobei der Aufheller sofort auf das eingesetzte Cellulosepulver aufzieht.
Die Einsatzmenge der Aufheller richtet sich nach dem angestrebten Aufhelleffekt. Im allgemeinen genügen 0,01 bis 0,5 Gew.-% reiner Wirksubstanz (bezogen auf das Pigment der aufzuhellenden Papierstreichmasse). Ein besonderer Vorteil ist, daß je nach Streichmassen-Zusam­ mensetzung die erreichbare Vergrauungsgrenze (bis zu welcher ein weiterer Aufheller-Zusatz noch zusätzliche Effekte bringt) außerordentlich hoch liegt.
Besonders vorteilhaft ist es, den Aufheller in Form einer etwa 10-30%igen, vorzugsweise 15-25%igen, handelsüblichen Flüssigformierung einzusetzen (% = Gew.-%).
Der Aufhellergehalt in den Präparationen beträgt etwa 2-10, vorzugsweise 3-7% (bezogen auf trockene Cel­ lulosemasse).
In den nachfolgenden Beispielen bedeuten "Teile" Ge­ wichtsteile und "Prozente" Gewichtsprozente.
Beispiel 1
Man dispergiert 250 Teile mikrokristalline Cellulose mit einer mittleren Teilchengröße von 20 µm (z. B. Avicel PH 105® der Firma Lehmann und Voss, Hamburg) in 750 Teilen Wasser und versetzt mit 25 Teilen eines optischen Aufhellers der Formel (A)
(als 25%ige Flüssigeinstellung).
Diese Dispersion kann direkt in die Papierstreichmasse eingearbei­ tet werden. Man erhält einen ausgezeichneten Aufhelleffekt mit vergleichsweise hoher Lichtechtheit.
Beispiel 2
Man dispergiert 250 Teile Cellulosepulver mit einer mittleren Teilchengröße von 30 µm (z. B. Arbocel BE 600/30® der Firma Rettenmaier, Holzmühle über Ellwangen) in 750 Teilen Wasser und versetzt mit 25 Teilen eines Aufhellers der Formel (B)
(in Form einer 13%igen Flüssigeinstellung).
Diese Dispersion kann direkt in die Papierstreichmasse eingearbeitet werden. Der erhaltene Papierstrich zeigt eine hervorragende Lichtechtheit.
Beispiel 3
Man dispergiert 250 Teile Cellulosepulver (z. B. Avicel PH 105® der Firma Lehmann und Voss) in 750 Teilen Wasser und versetzt mit 50 Teilen eines Aufhellers der Formel (C)
(als 25%ige Flüssigeinstellung).
In Streichmassen eingearbeitet, wird ein guter Aufhell­ effekt und eine vergleichsweise hohe Lichtechtheit des Papierstriches erzielt.
Beispiel 4
Man dispergiert 250 Teile Cellulosepulver mit einer mittleren Teilchengröße von 30 µm (z. B. Technocel 30® der Cellulose-Füllstoff-Fabrik, Mönchengladbach) in 750 Teilen Wasser und versetzt mit 3,5 Teilen eines Auf­ hellers der Formel (D)
(als Pulvereinstellung mit 78% Reinaufheller).
Die erhaltene Dispersion kann direkt in Streichmassen eingearbeitet werden. Sie liefert ebenfalls hervor­ ragende Ergebnisse.
Beispiel 5
Man dispergiert 250 Teile Cellulosepulver mit einer mittleren Teilchengröße von 30 µm (z. B. Arbocel BE 600/30 der Firma Rettenmaier) in 750 Teilen Wasser und versetzt mit 5 Teilen eines Aufhellers der Formel (E)
(als Pulvereinstellung mit 83% Wirkstoffgehalt).
Die erhaltene Dispersion eignet sich ebenfalls hervor­ ragend zur Einarbeitung in Streichmassen.
Beispiel 6
Durch Zusammenrühren von
60 Teilen China Clay SPS
40 Teilen Calciumcarbonat
20 Teilen einer anionischen Kunststoffdispersion eines acrylsäureesterhaltigen Mischpolymerisats mit einem Feststoffgehalt von ca. 50% (z. B. Acronal S 320 D® der BASF)
0,5 Teilen Polyvinylalkohol
5 Teilen Polyacrylsäureester als Co-Binder (40%ig) (z.B. Acrosol 40 D® der BASF)
80 Teilen Wasser
wird eine nichtaufgehellte Papierstreichmasse mit einem Feststoffgehalt von ca. 55% hergestellt, deren pH- Wert mit Natronlauge auf 9 eingestellt wird.
Beispiel 7 (nicht erfindungsgemäßer Vergleich)
Die Streichfarbe aus Beispiel 6 wird aufgehellt durch Zugabe von 1,6 Teilen des Aufhellers der Formel (A) gemäß Beispiel 1, bezogen auf Pigment.
Beispiel 8
Durch Zusammenrühren von
60 Teilen China Clay SPS
30 Teilen Calciumcarbonat
40 Teilen der 25%igen aufgehellten Cellulosedispersion des Beispiels 1
20 Teilen einer anionischen Kunststoffdispersion eines acrylsäureesterhaltigen Mischpolymerisats mit einem Feststoffgehalt von ca. 50% (z. B. Acronal S 320 D® der BASF)
0,5 Teilen Polyvinylalkohol
5 Teilen Polyacrylat-Binder (40%ig) (z. B. Acrosol 40 D® der BASF)
50 Teilen Wasser
wird eine Papierstreichmasse mit einem Feststoffgehalt von ca. 55% bereitet und mit Natronlauge auf einen pH- Wert von 9 eingestellt.
Beispiele 9-12
Eine Streichfarbe aus
60 Teilen China Clays SPS
30 Teilen Calciumcarbonat
10 Teilen Cellulosepulver (Arbocel BE 600/30 der Firma Rettenmaier)
20 Teilen einer anionischen Kunststoffdispersion eines acrylsäureesterhaltigen Mischpolymerisates mit einem Feststoffgehalt von ca. 50% (z. B. Acronal S 320 D der BASF)
0,5 Teilen Polyvinylalkohol
5 Teilen Polyacrylat-Binder (z. B. Acrosol 40 D der BASF)
80 Teilen Wasser
wird mit folgenden Mengen des optischen Papieraufhellers gemäß Formel (A) des Beispiels 1 versetzt und auf einen pH-Wert von 9 mit Natronlauge eingestellt:
Beispiel 9: 0,4 Teile Aufheller der Formel (A)
Beispiel 10: 0,6 Teile Aufheller der Formel (A)
Beispiel 11: 0,8 Teile Aufheller der Formel (A)
Beispiel 12: 1,6 Teile Aufheller der Formel (A).
Beispiel 13
Zur Herstellung des gestrichenen Papiers werden die Streichmassen der Beispiele 6-12 mit Hilfe einer Handrakel oder einer Versuchsstreichanlage auf Papier aufgetragen und bei 80°C getrocknet.
Tabelle 1 zeigt den CIE-Weißgrad der Papiere nach Her­ stellung sowie nach Belichtung (1 Woche bei Tages­ licht).
Papiere, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her­ gestellt wurden, weisen auch bei erniedrigter Aufheller­ konzentration sowohl einen erhöhten Weißgrad als auch eine deutlich verbesserte Lichtechtheit auf.
Tabelle 1
Beispiele 14-21
Man bereitet eine Streichfarbe analog Beispiel 6, ersetzt dabei einen Teil der Kreide durch eine gleiche Menge mikrokristalliner Cellulose (Avicel PH 105), auf der man vorher jeweils 2% des Aufhellers der Formel (A) bzw. (B) fixiert hat.
Die gestrichenen Papiere wurden auf ihren Weißgrad nach der Herstellung sowie nach Belichtung untersucht (Tabelle 2). Papiere, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, weisen sowohl einen er­ höhten Weißgrad als auch eine verbesserte Lichtechtheit auf.
Tabelle 2

Claims (4)

1. Verfahren zum Weißtönen von Papierstreichmassen mit substantiven anionischen Weißtönern, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man den Streichmassen in beliebi­ ger Reihenfolge Aufheller und in Wasser dispergier­ bares Cellulosepulver oder ein Aufhellerprärarat, bestehend im wesentlichen aus mit Aufheller beleg­ tem Cellulosepulver, zusetzt, wobei in jedem Fall das Cellulosepulver eine mittlere Teilchengröße von weniger als 50 µm aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Weißtöner der Formel worin
Z ein Alkalimetall-, Amin- oder Ammonium-Ion,
X₁ Amino, Methylamino, Ethylamino, Dimethylamino, Diethylamino, 2-Hydroxy-ethylamino, 3-Hydroxy- propylamino, Di-(2-hydroxy-ethyl)-amino, Di- (2-hydroxy-propyl)-amino, 2-Sulfo-ethylamino, Morpholino, Anilino, Chloranilino, Sulfoanilino, Methylanilino oder Disulfoanilino und
X₂ Hydroxy, Methoxy, Ethoxy, Methoxyethoxy, Chlor oder X₁ bedeuten,
verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Cellulosepulvers in den Streich­ massen bis zu 20 Gew.-% beträgt, bezogen auf Pig­ ment.
4. Weißtönerpräparate bestehend im wesentlichen aus Cellulosepulver mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 50 µm und einem substantiven anionischen Weißtöner.
DE19893924051 1989-07-21 1989-07-21 Verfahren zum weisstoenen von papierstreichmassen Withdrawn DE3924051A1 (de)

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