DE60017144T2

DE60017144T2 - Beschichtungzusammensetzung

Info

Publication number: DE60017144T2
Application number: DE60017144T
Authority: DE
Inventors: Mark Philip Elland WESTON; Robert Bradford COCKCROFT
Original assignee: Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Ltd
Current assignee: Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Ltd
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2020-07-18
Also published as: RU2253711C2; EP1198642A1; TWI266818B; SK286376B6; CZ2002228A3; EP1198642B1; ES2234640T3; CZ296546B6; PL357101A1; KR100759891B1; NZ516650A; CA2378448A1; NO20020366L; ATE286174T1; AU6274600A; AU766634B2; CN1361838A; PT1198642E; DE60017144D1; US6736936B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Pigmentbeschichtungszusammensetzungen, welche zur Herstellung von beschichtetem Papier, Pappe und anderen Cellulosematerialien nützlich sind, insbesondere rheologisch verbesserte Beschichtungszusammensetzungen. Die Erfindung betrifft ebenso beschichtete Artikel, welche mit Hilfe dieser Beschichtungszusammensetzungen hergestellt werden, und betrifft weiterhin neue Polymere, welche in den Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden können.
Es ist bekannt, Pigmentbeschichtungszusammensetzungen auf die Oberfläche von ausgebildetem bzw. geformtem Papier oder Pappe aufzutragen, beispielsweise zur Verbesserung der Bedruckbarkeit, des Glanzes und der optischen Eigenschaften. Die Pigmentbeschichtungszusammensetzung ist als Farbbeschichtung bzw. Beschichtungsfarbe bekannt. Typischerweise wird eine Beschichtungsfarbe als eine wässrige Dispersion, welche eine Mischung von Pigmenten) mit einem Bindemittel umfasst, aufgetragen.
Im Allgemeinen umfasst eine Beschichtungsfarbzusammensetzung ein oder mehrere Pigmente, einen fluoreszierenden Weißmacher (FWA), ein Bindemittel, ein Rheologiemodifizierungsmittel und wahlweise andere chemische Bestandteile. Das Pigment ist gewöhnlicherweise ein weißes anorganisches teilchenförmiges Material, beispielsweise Calciumcarbonat oder Kaolin, und umfasst in der Regel mindestens 75 Gew.-%, oftmals mindestens 85 Gew.-% der dispergierten Feststoffe in der Beschichtungsfarbzusammensetzung. Fluoreszierende Weißmacher (FWA), welche ebenso als optische Aufheller (OBA) bekannt sind, verstärken die Lichtreflexionseigenschaften, wodurch die Weißheit und Helligkeit des beschichteten Blatts verbessert wird. Das Bindemittel liegt zur Fixierung des Pigments auf dem beschichteten Papier- oder Pappblatt vor und stellt normalerweise ein klebendes bzw. haftendes polymeres Material dar. Das Bindemittel kann ein wässriger Latex, welcher dispergierte Teilchen eines wasserunlöslichen klebenden Polymers umfasst, sein. Alternativ kann das Bindemittel eine wässrige Zusammensetzung, welche wasserlösliche Stärke umfasst, darstellen. Es ist ebenso möglich, dass das Bindemittel sowohl wässriges Latexpolymer als auch Stärke umfasst. Die Rheologie der Beschichtungsfarbzusammensetzung wird normalerweise derartig eingestellt, dass sie zu der spezifischen Anwendung bzw. Auftragung passt.
Typischerweise wird eine Beschichtungsfarbzusammensetzung auf die Oberfläche des Papier- oder Pappblatts mittels einer Beschichtungsauftragungsvorrichtung aufgetragen, welche ein Balken bzw. ein Stab oder ein Messer sein kann. Messerbeschichter sind beliebt, weil sie mit Geschwindigkeiten oberhalb von 1.200 m/Min (3.930 ft/Min) beschichten können und Beschichtungsfeststoffe bis zu 70% verwenden können. Zusätzlich bildet das Messer eine gleichmäßige Ver teilung der Beschichtung über die Oberfläche des Papier- bzw. Pappblatts, und eine überschüssige Beschichtung wird derartig entfernt, dass eine ebene glatte beschichtete Oberfläche zurückbleibt. Es ist wichtig, dass die Beschichtung eine ebene glatte Oberfläche aufweist, sodass die Bedruckbarkeit verbessert wird.
Es ist gewöhnlich notwendig, die Rheologie auf innerhalb ziemlich schmale Parameter einzustellen, damit die am meisten geeignete Rheologie für die Auftragung bzw. Anwendung erreicht wird. Da die Auftragung der Beschichtungszusammensetzung normalerweise deren Aussetzung gegenüber einer hohen Scherung beinhaltet, ist es wichtig, dass die Beschichtungszusammensetzung die richtigen Fließeigenschaften und Wasserretentionseigenschaften aufweist. Aus diesem Grund ist es Standardpraxis, Rheologiemodifizierungsmittel in die Beschichtungsfarbzusammensetzung einzufügen. Die Wasserretentionsfähigkeit der Beschichtungsfarbzusammensetzung betrifft die Fähigkeit der Zusammensetzung, Wasser zurückzuhalten. Die Freisetzung von Wasser in das Papier- oder Pappblatt darf nur relativ langsam sein, damit die Oberfläche der Beschichtung geglättet werden kann. Ein schnelles Eindringen des Wassers in das Papier- oder Pappblatt würde in einem überschüssigen Anteil von Wasser, welches von der Beschichtung vor dem Erreichen des Blatts entfernt werden muss, resultieren, was die Fähigkeit des Messers, die Beschichtung adäquat zu glätten, beeinflussen würde. Zusätzlich kann die überschüssige Abgabe des Wassers in das Blatt zu einer unebenen Verteilung des Bindemittels führen, was oft als Bindemittelmigration bekannt ist. Typischerweise tritt die Bindemittelmigration in z-Richtung der Beschichtung auf. Die Folge der Bindemittelmigration liegt in einer Beeinflussung der Oberflächeneigenschaften.
Verschiedene polymere Materialien wurden zum Zwecke der Verbesserung der Rheologie und der Wasserretentionseigenschaften von Beschichtungsfarbzusammensetzungen und von Beschichtungen daraus verwendet. Es ist bekannt, natürliche Polymere, wie Natriumcarboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Methylcellulose und Natriumalginat, anzuwenden. Zusätzlich wurden verschiedene synthetische Polymere, einschließlich Polyvinylalkohol- und -acrylpolymeren, ebenso zu diesem Zweck vorgeschlagen. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 4,423,118 eine Beschichtungsfarbzusammensetzung, welche als einen Verdicker ein Copolymer einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure, eines ethylenisch ungesättigten Amids und eines hydrophoben Monomers mit begrenzter Löslichkeit in Wasser umfasst. Die bevorzugten Copolymere umfassen zwischen 30 und 97 Gew.-% Acrylsäure, 1 bis 50 Gew.-% Acrylamid und 2 bis 70 Gew.-% Acrylnitril.
Beim Erreichen der optimalen Fließ- und Wasserretentionseigenschaften für eine Beschichtungsfarbzusammensetzung kann das beschichtete Papier- oder Pappblatt an dem Nachteil von verschlechterten optischen Eigenschaften leiden.
Es wäre daher wünschenswert, eine Beschichtungsfarbzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, welche weiterhin optimale rheologische Eigenschaften mit einem hohen Wasserretentionsgrad aufweist, wobei das beschichtete Papier- oder Pappblatt dennoch verbesserte optische Eigenschaften zeigt.
Gemäß der Erfindung wird eine Beschichtungsfarbzusammensetzung vorgesehen, welche eine wässrige Dispersion aus

(a) einem Pigment,
(b) einem Bindemittel,
(c) einem fluoreszierenden Weißmacher und
(d) einem wasserlöslichen Polymer, welches aus einem wasserlöslichen ethylenisch ungesättigten Monomer oder einer Monomermischung hergestellt ist, umfasst, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass das wasserlösliche Polymer im Wesentlichen besteht aus (i) 90 bis 100 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten und (ii) 0 bis 10 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten und dass es ein mittleres Molekulargewicht von 50.000 bis 500.000 aufweist.

Die Pigmente können ein anorganisches Material, wie Calciumcarbonat, Kaolinton, Aluminium- oder Magnesiumsilicate, wie Chinaton, Bariumsulfat, Satinweiß, Titandioxid, Talk, Gips und Muscovitglimmer, sein. Alternativ kann das Pigment ein polymeres Kunststoffpigment, welches Mikrokügelchen umfasst, beispielsweise mit einem Durchmesser von 0,1 bis 1,0 μm, welche entweder hohl oder fest bzw. massiv sind, darstellen. Solche polymeren Kunststoffpigmente können auf Polystyrol basieren, wobei das Polymer gelegentlich Butadien- oder Acrylkomponenten aufweist. Vorzugsweise ist das Pigment jedoch eine anorganische Verbindung, besonders bevorzugt Calciumcarbonat oder Tone, wie Kaolin oder Mischungen von Calciumcarbonat mit Ton. Die Wahl des Pigments oder der Mischung von Pigmenten wird gewöhnlich durch die besondere Anwendung bestimmt. Beispielsweise kann die Pigmentkomponente von Einzelbeschichtungen für Papier mit niedrigem Beschichtungsgewicht (LWC) einzig aus Ton bestehen. Es kann ebenso wünschenswert sein, mehrere Beschichtungsschichten auf die Oberfläche des Papiers oder der Pappe aufzutragen. Die ersten Beschichtungen (Prä-Beschichtungen) können wünschenswerter Weise aus 100% Calciumcarbonat als Pigmentkomponente bestehen, wohingegen es für die obersten Beschichtungen erstrebenswert ist, Mischungen aus Calciumcarbonat und Ton als Pigmentkomponente einzusetzen. Das Pigment wird normalerweise als eine wässrige Dispersion mit gewöhnlich mindestens 40 oder 50% Feststoffen vorgesehen. Vorzugsweise weist die Pigmentdispersion mindestens 60 oder 70% Feststoffe auf und kann bis zu 80% enthalten. Eine besonders bevorzugte Pigmentdispersion umfasst zwischen 70 und 72% Calciumcarbonat.
Um die Stabilität der Pigmentdispersion zu unterstützen, ist es gelegentlich wünschenswert, ein Dispergierungsmittel einzufügen. Das Dispergierungsmittel kann beispielsweise ein Tensid darstellen, obwohl das Dispergierungsmittel besonders bevorzugt ein polymeres Dispergierungsmittel, beispielsweise ein relativ niedermolekulargewichtiges wasserlösliches anionisches Polymer, ist. Besonders bevorzugt sind Natriumpolyacrylate mit Molekulargewichten in dem Bereich von 1.000 bis 6.000, wie sie beispielsweise in der EP-B-129329 beschrieben werden.
Das Pigment stellt gewöhnlich mindestens 75 Gew.-%, beispielsweise mindestens 85 oder 90 Gew.-% der insgesamt in der Beschichtungsfarbzusammensetzung vorliegenden Feststoffe dar.
Das Bindemittel kann beispielsweise eine wässrige Latexpolymerdispersion auf der Basis von Copolymeren aus Butadien/Styrol, Acrylnitril/Butadien/Styrol, Acrylsäureestern, Acrylsäure und -estern/Styrol/Acrylnitril, Ethylen/Vinylchlorid und Ethylen/Vinylacetat; oder von Homopolymeren, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyethylen und Polyvinylacetat oder Polyurethanen, sein. Die Bindemitteldispersionen können durch wässrige Emulsionspolymerisation hergestellt werden. Bevorzugte Bindemittel bestehen aus Styrol/Butylacrylat oder Styrol/Butadien/Acrylsäure-Copolymeren oder Styrol/Butadien-Kautschuken. Andere Polymerlatizes, welche in der Erfindung verwendet werden können, werden beispielsweise in den US-Patentbeschreibungen 3,265,654; 3,657,174; 3,547,899 und 3,240,740 beschrieben. Typischerweise umfassen die Dispersionen Teilchen innerhalb des Größenbereichs von 0,05 bis 2 μm und einen Bindemittelgehalt von 40 bis 55 Gew.-%.
Der fluoreszierende Weißmacher (FWA) kann eine jegliche Chemikalie mit der Fluoreszenzfähigkeit, Licht aus dem ultravioletten Teil des Lichtspektrums aufzunehmen und es in dem sichtbaren Spektrum zu emittieren, sein. Vorzugsweise sind die fluoreszierenden Weißmacher fluoreszierende Stilben-Weißmacher, wie sie in der GB-A-2026566 und GB-A-2026054 beschrieben werden, oder fluoreszierende Bis-Stilben-Weißmacher, wie sie in der EP-A-624687 beschrieben werden. Die fluoreszierenden Weißmacher umfassen Diaminostilbendisulfonsäurederivate und Distyrylbiphenylderivate. Vorzugsweise werden die fluoreszierenden Weißmacher in der Form einer wässrigen konzentrierten Aufschlämmung, gewöhnlich mit mindestens 30 Gew.-%, beispielsweise ungefähr 60 Gew.-%, vorgesehen.
Die Beschichtungsfarbzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten vorzugsweise 10 bis 70 Gew.-% Pigment. Das Bindemittel wird vorzugsweise in einer Menge verwendet, welche ausreicht, um den Trockengehalt der polymeren Verbindung zwischen 1 und 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 7 bis 20 Gew.-% Pigment zu halten. Die Menge an gemäß der Erfindung verwendetem fluoreszierenden Weißmacher wird derartig berechnet, dass der fluoreszierende Weißmacher vorzugsweise in Mengen von 0,01 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,05 bis 1 Gew.-%, auf der Basis des Gewichts des Pigments, vorliegt. Das Rheologiemodifizierungsmittel wird vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,05 bis 2 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,1 bis 2 Gew.-% des Pigments verwendet. Die wässrige Dispersion kann zwischen 50 und 80% Feststoffe auf der Basis des Gesamtgewichts der Dispersion umfassen, obwohl die Dispersionen vorzugsweise bei ungefähr 70% Feststoffen liegen.
Ein bevorzugter Weg zur Herstellung der Beschichtungsfarbzusammensetzung gemäß der Erfindung stellt das Kombinieren der wässrigen Bindemittelemulsion und der wässrigen Pigmentdispersion in Mengen, sodass geeignete Verhältnisse von Pigment und Bindemittel vorgesehen werden, und die anschließende Zugabe der wässrigen Dispersion des fluoreszierenden Weißmachers unter kräftigem Rühren, um sicher zu stellen, dass Pigment, Bindemittel und fluoreszierende Weißmacherteilchen gleichmäßig innerhalb des wässrigen Mediums verteilt sind, dar. Die zusätzliche Zugabe von Wasser kann notwendig sein, um den richtigen Feststoffgehalt zu erhalten. Vorzugsweise wird das wasserlösliche Polymer (Komponente (d)) zu der wässrigen Dispersion zugesetzt, sobald die anderen Komponenten einmal ausreichend zugemischt wurden, um eine gleichmäßige Verteilung der anderen Komponenten zu gewährleisten, und wenn das notwendige zusätzliche Wasser zugefügt worden ist. Es ist jedoch möglich, die Komponenten auf andere Weise zu mischen. Beispielsweise kann die Zubereitung des fluoreszierenden Weißmachers in das Bindemittel, beispielsweise durch Schmelzemulgierung, eingefügt werden.
Die Beschichtungsfarbzusammensetzung gemäß der Erfindung zeigt optimale rheologische Eigenschaften, einschließlich guter Wasserretentionseigenschaften, und versieht ein beschichtetes Papier- oder Pappblatt mit verbesserten optischen Eigenschaften, insbesondere mit verbesserter Helligkeit und Weißheit. Es ist ein überraschendes Merkmal der Erfindung, dass diese Verbesserungen als eine Folge des Einsatzes des Polymers (Komponente (d)) sind, welches die spezifische Kombination der Merkmale von 1) bestehend im Wesentlichen aus 90 bis 100 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten und 0 bis 10 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten und 2) einem Molekulargewicht innerhalb des spezifischen Bereichs von 50.000 bis 500.000 aufweist.
Das wasserlösliche Polymer, Komponente (d), gemäß der Erfindung wirkt als Rheologiemodifizierungsmittel oder Wasserretentionshilfsmittel in der Beschichtungsfarbzusammensetzung. Es ist jedoch klar, dass das Polymer ebenso die optischen Eigenschaften des beschichteten Papiers oder der Pappe verbessert und daher nicht nur als ein Rheologiemodifizierungsmittel angesehen werden sollte. Im Ergebnis kann das wasserlösliche Polymer (Komponente (d)) ebenso in seiner Wirkung als Hilfsmittel in der Verbesserung der optischen Eigenschaften anerkannt werden.
Das wasserlösliche Polymer gemäß der Erfindung wird aus einem wasserlöslichen Monomer oder einer Monomermischung gebildet. Wünschenswerterweise beträgt die Wasserlöslichkeit des Monomeren oder der Monomere mehr als 5 g/100 ml, obwohl mindestens 10 g/100 ml bevorzugt sind. Das Monomer oder die Monomermischung sollte im Wesentlichen keine wasserunlöslichen Monomere enthalten, da dieses die Leistungsfähigkeit der Beschichtungsfarbzusammensetzung beeinträchtigen würde.
Die wasserlösliche Polymerkomponente gemäß der Erfindung besteht im Wesentlichen aus 90 bis 100 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten und 0 bis 10 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten. Das Polymer kann von einer Mischung wasserlöslicher nichtionischer ethylenisch ungesättigter Monomere mit wasserlöslichen anionischen ethylenisch ungesättigten Monomeren abgeleitet sein. Alternativ können die anionischen Wiederholungseinheiten durch nachträgliche Umsetzung der Wiederholungseinheiten, welche zur Umwandlung in anionische Gruppen in der Lage sind, gebildet werden. Beispielsweise können Wiederholungseinheiten, welche eine angehängte Amidgruppe enthalten, mittels der Wirkung eines Alkalis unter Bildung der korrespondierenden Carbonsäure hydrolysiert werden.
Das wasserlösliche Polymer wird vorzugsweise als eine wässrige Lösung zur Verfügung gestellt, beispielsweise mit einer Konzentration zwischen 10 und 25%, besonders bevorzugt von 15 bis 20%. Das Polymer kann durch eine jegliche geeignete Polymerisationstechnik, wie die Gel-, Perl-, reverse Phasen-Emulsionspolymerisation oder vorzugsweise die Lösungspolymerisation, gebildet werden. Somit können die Polymere in der Form von Pulvern, Perlen bzw. Kügelchen, wässrigen Lösungen, reversen Phasen-Emulsionen oder als eine dehydratisierte reverse Phasen-Emulsion (Flüssigdispersionspolymer) zur Verfügung gestellt werden.
Die hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten der wasserlöslichen Polymerkomponente sind vorzugsweise von wasserlöslichen Monomeren oder Mischungen von Monomeren abgeleitet, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acrylamid, Methyacrylamid, N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylcaprolactam, Hydroxyethylacrylat und Hydroxyethylmethacrylat.
Vorzugsweise sind die anionischen Wiederholungseinheiten der wasserlöslichen Polymerkomponente von wasserlöslichen anionischen Monomeren oder Mischungen von Monomeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, Allylsulfonsäure und Vinylsulfonsäure, abgeleitet. Das anionische Monomer/die anionischen Monomere kann/können in der Form der freien Säure oder des wasserlöslichen Alkalimetall- oder Ammoniumsalzes vorliegen.
In einer bevorzugten Form besteht die wasserlösliche Polymerkomponente der Beschichtungsfarbzusammensetzung im Wesentlichen aus

(i) 90 bis 99,5, vorzugsweise 92,5 bis 99 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseiheiten, und
(ii) 0,5 bis 10, besonders bevorzugt 1 bis 7,5 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten.

Es wurde gefunden, dass die Leistungsfähigkeit der Beschichtungsfarbzusammensetzung weiter gesteigert wird, wenn die wasserlösliche Polymerkomponente zwischen 2,5 und 5 Mol% anionische Wiederholungseinheiten umfasst. Somit umfasst in einer besonders bevorzugten Form die Beschichtungsfarbzusammensetzung gemäß der Erfindung ein wasserlösliches Polymer, welches im Wesentlichen besteht aus

(i) 95 bis 97,5 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten, und
(ii) 2, 5 bis 5 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten.

Vorzugsweise weist die wasserlösliche Polymerkomponente der Beschichtungsfarbzusammensetzung ein mittleres Molekulargewicht zwischen 50.000 und 300.000, besonders bevorzugt zwischen 100.000 und 250.000, insbesondere in dem Bereich von 150.000 bis 250.000, bevorzugt von 180.000 bis 230.000, am meisten bevorzugt von 200.000 auf.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Celluloseartikel, welcher mit der Beschichtungsfarbzusammensetzung beschichtet ist, umfassend eine wässrige Dispersion von

(a) einem Pigment,
(b) einem Bindemittel,
(c) einem fluoreszierenden Weißmacher und
(d) einem wasserlöslichen Polymer, gebildet aus einem wasserlöslichen ethylenisch ungesättigten Monomer oder einer Monomermischung, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass das wasserlösliche Polymer im Wesentlichen besteht aus (i) 90 bis 100 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten und (ii) 0 bis 10 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten und ein mittleres Molekulargewicht von 50.000 bis 500.000 aufweist.

Der beschichtete Celluloseartikel gemäß der Erfindung schließt eine jede der hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ein. Der beschichtete Celluloseartikel gemäß diesem Aspekt der Erfindung kombiniert die Eigenschaften der verbesserten (Be)druckbarkeit, Glanz, Helligkeit und Weißheit. Vorzugsweise stellt der beschichtete Celluloseartikel ein beschichtetes Papier oder eine beschichtete Pappe dar.
Typischerweise kann der beschichtete Celluloseartikel durch Führen des unbeschichteten Artikels über eine Beschichtungsauftragung bzw. Applikation, von der die Beschichtungsfarbe aufgetragen werden kann, vorgesehen werden. Mann lässt die Beschichtung trocknen, wahlweise durch die Verwendung von Heißlufttrocknern. Sofern erwünscht, können mehrere Schichten der Beschichtung auf den Artikel aufgetragen werden. In einer bevorzugten Form, wenn der beschichtete Celluloseartikel ein beschichtetes Papier oder eine beschichtete Pappe darstellt, kann das unbeschichtete Papier- oder Pappblatt über den Beschichtungsapplikator geführt werden, welcher ein Beschichtungsstab oder -messer sein kann, von dem die Beschichtungsfarbzusammensetzung auf die Oberfläche des Papiers oder der Pappe aufgetragen wird. Vorzugsweise wird die Beschichtung auf dem Papier oder der Pappe durch Verwendung von Heißlufttrocknern getrocknet. Eine zusätzliche Beschichtungsschicht bzw. Beschichtungslage kann vorzugsweise anschließend auf die unbeschichtete Oberfläche des Papiers oder der Pappe aufgetragen werden. Es kann ebenso wünschenswert sein, mehrere Beschichtungen auf die Oberfläche(n) des Papiers oder der Pappe unter Bildung einer Mehrfachschichtbeschichtung bzw. eines Mehrfachschichtüberzugs aufzutragen. Es kann weiterhin wünschenswert sein, die Beschichtung zu polieren, beispielsweise unter Verwendung einer Kalandervorrichtung. Typischerweise wird das beschichtete Papier- oder Pappblatt zwischen zwei Walzen hindurchgeleitet, wobei eine von ihnen zum Gleiten an der zu polierenden beschichteten Oberfläche ausgebildet ist. Diese Gleitwirkung soll dem beschichteten Blatt eine hochpolierte Oberfläche verleihen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Polymerkomponente der Farbbeschichtungszusammensetzung eine neue Verbindung. Somit richtet sich dieser Aspekt der Erfindung auf ein wasserlösliches Polymer, welches aus einem wasserlöslichen ethylenisch ungesättigten Monomer oder einer Monomermischung gebildet ist, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das wasserlösliche Polymer im Wesentlichen besteht aus

(i) 90 bis 99,5 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten, und
(ii) 0,5 bis 10 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten,

Das wasserlösliche Polymer wird bevorzugt als eine wässrige Lösung, beispielsweise in einer Konzentration von 10 bis 25%, am meisten bevorzugt von 15 bis 20%, zur Verfügung gestellt. Das Polymer kann durch irgendeine geeignete Polymerisationstechnik, wie die Gel-, Perl- oder Lösungspolymerisation, gebildet werden. Jedoch kann die Polymerisation einer wässrigen Lösung des Monomeren oder der Monomermischung die bequemste Technik sein, da auf diese Weise ein zusätzlicher Auflösungsschritt vermieden wird, welcher andernfalls zur Bereitstellung des Polymeren in der für die Anwendung bzw. Auftragung richtigen Konzentration erforderlich wäre. Somit kann die wässrige Lösung des wasserlöslichen Polymeren bequem durch Zugabe einer wässrigen Lösung der Initiatoren, beispielsweise Ammoniumpersulfat, zu einer 15 bis 20%igen wässrigen Lösung des Monomeren oder der Monomermischung unter gleichzeitigem Rühren zur Sicherstellung einer adäquaten Verteilung der Initiatoren und des Polymerisationsmaterials und Fortschreitenlassen der Polymerisation zur Verfügung gestellt werden.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung.
Beispiel 1
Herstellung von Polymer A
Eine Monomermischung wird hergestellt, welche 720 kg Acrylamid und 18 kg Acrylsäure, gelöst in 735 kg Wasser, umfasst. Es werden 2.300 kg Wasser in einen Reaktor gegeben, und zu diesem werden 0,12 kg Ammoniumpersulfat, gelöst in 6 kg Wasser, zugesetzt, und die Mischung wird ausreichend gerührt. Die Monomermischung wird zu dem Reaktor innerhalb von 1, 5 Stunden zugesetzt, wobei das Rühren in dem Reaktor aufrecht erhalten wird. Gleichzeitig mit dem Beginn der Monomerzugabe werden 1,41 kg Ammoniumpersulfat, gelöst in 150 kg Wasser, zu dem Reaktor innerhalb von 2 Stunden zugesetzt. Nach vollständiger Polymerisation wird der pH der resultierenden wässrigen Polymerlösung unter Verwendung von 46%iger Natriumhydroxid-Lösung eingestellt.
Herstellung von Polymer B
Das für die Herstellung von Polymer A beschriebene Verfahren wird wiederholt, außer dass 702 kg Acrylamid und 36 kg Acrylsäure verwendet werden.
Charakterisierung der in der Farbbeschichtungszubereitung verwendeten Polymerkomponenten
Die Polymere A und B sind Copolymere aus Acrylamid mit Natriumacrylat gemäß den Zubereitungen oben. Das Polymer C ist ein Copolymer aus Acrylamid mit Ammoniumacrylat, und das Polymer D ist ein Copolymer aus 50 Gew.-% Ethylacrylat und 50 Gew.-% Methacrylsäure, welches als eine wässrige Emulsion hergestellt wird und anschließend in wässrigem Natriumhydroxid zur Verseifung der Estergruppen gelöst wird. Die Polymereigenschaften sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1
Schlüssel

AA: Acrylsäure
ACM: Acrylamid
EA: Ethylacrylat
MAA: Methacrylsäure

Beispiel 2 Hexstellung und Test der Farbbeschichtungszusammensetzung

Formulierung 1	Menge bezogen auf das Gew.
Calciumcarbonat (Teilchengröße 95% unterhalb von 2 μm)	50 Teile
Kaolin (Teilchengröße 90% unterhalb von 2 μm)	50 Teile
Styrolbutadien-Latexpolymer (Dow DL 935)	10 Teile
Fluoreszierender Weißmacher (Diaminostilbenhexasulfonsäure Tinopal SPP)	1 Teil

Die Beschichtungsfarbzusammensetzung wird durch Vermischen des Kaolins und des Calciumcarbonats als wässrige Dispersionen hergestellt. Das Styrol/Butadien-Latexpolymer wird anschließend in die Pigmentdispersion eingemischt, und dazu wird 1 Gewichtsteil des fluoreszierenden Weißmachers, Diaminostilbenhexasulfonsäure (Tinopal SPP, erhältlich von der Ciba Specialty Chemicals) gegeben.
Es werden vier Proben der Dispersion genommen und zu einem jeden der Polymere A bis D in einer derartigen Dosis zugesetzt, dass eine Brookfield-Viskosität von zwischen 1.800 bis 2.000 mPa.s erhalten wird. Die Proben der Beschichtungsfarbformulierung weisen 62% Feststoffe und einen pH von 8,2 auf.
Die optimale Dosis für ein jedes Polymer ist in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Wasserretention GWR (gsm)
Die Wasserretentionswerte GWR werden in gsm auf einem Gravimetriewasserretentionsmeter unter Verwendung der Parameter von 2 Minuten Verweilzeit, 1,5 Bar Druck und 5 μm Polycarbonatmembranfiltern gemessen. Die Messungen sind für eine jede Probe, umfassend Polymere A bis D, angegeben. Die Wasserretentionsmessungen sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Hochscherviskosität
Die Hochscherviskosität (high shear viscosity) wird in mPa.s auf einem ICI-Kegel- und -Scheiben-Viskosimeter bei 10.000 s^–1 gemessen. Die Viskositätsmessungen für eine jede Probe, welche die Polymere A bis D umfassen, sind in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
Optische Leistung

Die Proben der Beschichtungsfarbformulierung, welche die Polymere A bis D umfassen, werden jeweils auf Papier unter Verwendung von k-Bar 3 beschichtet, wobei ein Beschichtungsgewicht von 20 g/m² bereitgestellt wird, und die Hellig keit und Weißheit wird auf einen Technibrite ERIC 950 gemessen. Die Helligkeit- und Weißheitmessungen sind in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5

Beispiel 3 Herstellung und Test von Farbbeschichtungszusammensetzungen

Formulierung 2	Menge bezogen auf das Gew.
Calciumcarbonat (Teilchengröße 75% unterhalb von 2 μm)	100 Teile
Styrolacrylsäure-Latexpolymer	11 Teile
Fluoreszierender Weißmacher Diaminostilbentetrasulfonsäure	1 Teil

Die Beschichtungsfarbe gemäß Formulierung 2 wird durch Zusammenmischen der jeweiligen Komponenten in analoger Weise zu der in Beispiel 2 gezeigten Herstellung hergestellt.
Es werden vier Proben der Dispersion genommen und zu jedem der Polymere A bis D in einer derartigen Dosis zugesetzt, dass eine Brookfield-Viskosität von 1.100 bis 1.400 mPa.s erhalten wird. Die Proben der Beschichtungsfarbformulierung weisen 70% Feststoffe und einen pH von 9,0 auf. Die optimale Dosis für ein jedes Polymer ist in Tabelle 6 gezeigt.
Tabelle 6
Wasserretention GWR (gsm)
Die Wasserretentionswerte GWR werden wie in Beispiel 2 gemessen. Die Wasserretentionsmessungen sind in Tabelle 7 gezeigt.
Tabelle 7
Hochscherviskosität
Die Hochscherviskosität (high shear viscosity) wird wie in Tabelle 2 gezeigt gemessen. Die Hochscherviskositätmessungen sind in Tabelle 8 gezeigt.
Tabelle 8
Optische Leistung

Die Proben der Beschichtungsfarbformulierung, welche die Polymere A bis D umfassen, werden jeweils auf Papier beschichtet, und die optische Helligkeit und Weißheit wird wie in Beispiel 2 angegeben gemessen. Die Messungen sind in Tabelle 9 gezeigt. Tabelle 9

Beispiel 4 Herstellung und Test der Farbbeschichtungszusammensetzung

Formulierung 3	Menge bezogen auf das Gew.
Calciumcarbonat (Teilchengröße 99% unterhalb von 2 μm)	20 Teile
Kaolin	80 Teile
Styrolbutadienacrylnitril-Latexpolymer	12 Teile
Fluoreszierender Weißmacher Diaminostilbenhexasulfonsäure (Tinopal SPP)	1 Teil

Die Beschichtungsfarbe gemäß der Formulierung 3 wird durch Zusammenmischen der jeweiligen Komponenten in einer zu der in Beispiel 2 gezeigten Herstellung analogen Weise hergestellt.
Es werden vier Proben der Dispersion genommen und zu einem jeden der Polymere A bis D in einer derartigen Dosis zugesetzt, dass eine Brookfield-Viskosität von 1.800 bis 2.000 mPa.s erhalten wird. Die Proben der Beschichtungsfarbformulierung weisen 61,6% Feststoffe und einen pH von 7,5 auf.
Die optimale Dosierung für das jeweilige Polymer ist in Tabelle 10 gezeigt.
Tabelle 10
Wasserretention GWR (gsm)
Die Wasserretentionswerte GWR werden wie in Beispiel 2 gemessen. Die Wasserretentionsmessungen sind in Tabelle 11 gezeigt.
Hochscherviskosität
Die Hochscherviskosität (high shear viscosity) wird wie in Tabelle 2 gezeigt gemessen. Die Hochscherviskositätsmessungen sind in Tabelle 12 gezeigt.
Optische Leistung
Die Proben der Beschichtungsfarbformulierung, welche die Polymere A bis D umfassen, werden jeweils auf Papier beschichtet, und die optische Helligkeit und Weißheit wird wie in Beispiel 2 angegeben gemessen. Die Messungen sind in Tabelle 13 gezeigt.
Tabelle 13
Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Polymere A und B die beste Gesamtleistung hinsichtlich der Rheologie und Helligkeit für die unterschiedlichen Beschichtungsfarbformulierungen, welche verschiedene Pigmenttypen umfassen, vermitteln.

Claims

Beschichtungsfarbzusammensetzung, umfassend eine wässrige Dispersion aus (a) einem Pigment, (b) einem Bindemittel, (c) einem fluoreszierenden Weißmacher und (d) einem wasserlöslichen Polymer, gebildet aus einem wasserlöslichen ethylenisch ungesättigten Monomer oder einer Monomermischung, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Polymer im Wesentlichen besteht aus (i) 90 bis 100 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten und (ii) 0 bis 10 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten und dass es ein mittleres Molekulargewicht von 50.000 bis 500.000 aufweist.
Beschichtungsfarbzusammensetzung nach Anspruch 1, worin das wasserlösliche Polymer hydrophile im Wesentlichen nichtionische Wiederholungseinheiten umfasst, welche abgeleitet sind aus wasserlöslichen Monomeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acrylamid, Methacrylamid, N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylcaprolactam, Hydroxyethylacrylat und Hydroxyethylmethacrylat.
Beschichtungsfarbzusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das wasserlösliche Polymer anionische Wiederholungseinheiten umfasst, welche abgeleitet sind von einem wasserlöslichen anionischen Monomer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, Allylsulfonsäure und Vinylsulfonsäure, und worin das Monomer in der Form der freien Säure oder des wasserlöslichen Alkalimetall- oder Ammoniumsalzes vorliegt.
Beschichtungsfarbzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das wasserlösliche Polymer im Wesentlichen besteht aus (i) 90 bis 99,5 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten und (ii) 0, 5 bis 10 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten.
Beschichtungsfarbzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das wasserlösliche Polymer im Wesentlichen besteht aus (i) 92,5 bis 99 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten und (ii) 1 bis 7,5 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten.
Beschichtungsfarbzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das wasserlösliche Polymer im Wesentlichen besteht aus (i) 95 bis 97,5 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten und (ii) 2,5 bis 5 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten.
Beschichtungsfarbzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das wasserlösliche Polymer ein mittleres Molekulargewicht von 50.000 bis 300.000 aufweist.
Beschichtungsfarbzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das wasserlösliche Polymer ein mittleres Molekulargewicht von 100.000 bis 250.000 aufweist.
Celluloseartikel, welcher mit der Beschichtungsfarbzusammensetzung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definiert ist, beschichtet worden ist.
Wasserlösliches Polymer, gebildet aus einem wasserlöslichen ethylenisch ungesättigten Monomer oder einer Monomermischung, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Polymer im Wesentlichen besteht aus (i) 90 bis 99,5 Mol% hydrophilen im Wesentlichen nichtionischen Wiederholungseinheiten und (ii) 0,5 bis 10 Mol% anionischen Wiederholungseinheiten, und dass es ein mittleres Molekulargewicht von 50.000 bis 500.000 aufweist.