DE69915070T2 - Füllmittel mit modifizierter oberfläche zum leimen von papier - Google Patents

Füllmittel mit modifizierter oberfläche zum leimen von papier Download PDF

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Description

  • BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft anorganische Papierfüllstoffsysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung oberflächenmodifizierte Füllstoffe, die sich bei Papierherstellungsverfahren eignen, wo die Leimung wichtig ist. Noch mehr insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von polymeren Zusammensetzungen als Modifikatoren von anorganischen Füllstoffen und für deren anschließende Verwendung zur Verbesserung der Leimung in neutralen, alkalischen und sauren Papierherstellungsverfahren.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Durch Erhöhung des Füllstoffgehalts von Papier kann der Papiermacher zahlreiche Vorteile erfahren, zu denen Einsparungen bei Rohmaterialkosten, verbesserte optische Eigenschaften und bessere Druckqualität gehören. Es bestehen jedoch Grenzen für die Füllstoffmenge, die als Ersatz für Papierherstellungsfaser dienen kann. Wenn die Füllstoffgrade an etwa 20 Prozent herankommen und diese überschreiten, kann Papier Verluste an Festigkeit, Steifheit und Leimung erleiden. Unmodifizierte Füllstoffe, beispielsweise Ton, Titandioxid und Kalziumkarbonat, weisen bekanntlich eine nachteiligen Auswirkung auf Festigkeit und Leimung auf. Des weiteren kommt es durch Erhöhung der Konzentration des Füllstoffs in dem Paper-Faserstoff zu erhöhtem Bedarf an Leimungsmittel, um die gewünschte Hydrophobie, die Wasserabweisung, in dem fertigen Papier aufrechtzuerhalten.
  • Leimungsmittel werden im allgemeinen bei dem Papierherstellungsverfahren den Zellulosefasern zugesetzt, um dem Papier Hydrophobie zu verleihen. Festigkeit gegen Hindurchdringen von Flüssigkeit ist notwendig, damit das Papier nicht zerfällt, wenn das Papier vor der Trocknung durch die Stärkelösung in einer Leimpresse geführt wird. Festigkeit gegen Hindurchdringen von Flüssigkeit ist auch notwendig, so daß die Druck qualität des Papiers aufrechterhalten werden kann, wenn Druckfarbe auf der Oberfläche des Papiers verwendet wird. Insbesondere hängt schlechte Leimungswirkung mit der Verwendung der Leimungsmittel Alkylketendimer (AKD) und Alkenylsuccinylanhydrid (ASA) und von Kalziumkarbonat-Pigmenten zusammen, besonders in stark gefüllten alkalischen Papieren oder neutralen Papieren. Es wird angenommen, daß die Leimungsmittel verlorengehen oder vom Faserstoff unwirksam gemacht werden können, da ein unverhältnismäßig hoher Anteil eines Leimungsmittels auf dem eine große Oberfläche aufweisenden Füllstoff in dem Faserstoff aufgesaugt wird. Deshalb vermindert sich die Wirksamkeit des Leimungsmittels, und die Kosten für das Papierherstellungsverfahren steigen infolge einer Erhöhung des Bedarfs an Leimungsmittel. Des weiteren nehmen die Festigkeitseigenschaften ab, wenn die Füllstoffgrade zunehmen, was sich negativ auf den Papierherstellungsvorgang sowie auf die Verwendung des Papiers als Endprodukt auswirkt. Folglich treten bei Umständen, wo die Erhöhung des Füllstoffgehalts vorteilhaft wäre, weiter damit zusammenhängende Leimungsprobleme auf und beeinträchtigen die Papierqualität, die Maschinenleistung, die Lauffähigkeit der Maschine und die Endgebrauchsfunktionalität.
  • Der Mechanismus, mit dem AKD, ASA, Harz- oder modifizierte Harzmittel den Zellulosefasern Hydrophobie verleihen, ist etwas umstritten. Jedoch wird im allgemeinen akzeptiert, daß dann, wenn synthetische Leimungsmittel wie AKD oder ASA in neutralen oder alkalinen und Harz- oder modifizierten Harzmitteln bei Papierherstellungsverfahren verwendet werden, eine Notwendigkeit zur Verminderung der nachteiligen Auswirkungen der Verwendung solcher Mittel auf das Papierherstellungsverfahren sowie auf die physikalischen Eigenschaften des fertigen Bogens verbleibt.
  • Erforderlich ist ein anorganischer Basis-Füllstoff, der in einem neutralen, alkalischen oder sauer machenden Verfahren verwendet werden kann, wo entweder ein Leimungsmittel AKD oder ASA verwendet wird, während die nachteiligen Auswirkungen auf das Papierherstellungsverfahren und auf die physikalischen Eigenschaften des fertigen Bogens minimiert werden.
  • Deshalb liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Füllstoff zu schaffen, der sich bei der Verbesserung der Leimung von neutralen, alkalischen und sauren Papieren eignet. Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein neutrales und ein alkalisches Papier mit verbesserten Leimungseigenschaften zu schaffen. Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, einen Füllstoff zu schaffen, der bei Modifizierung mit einem Acryl-Copolymer die Leimung verbessert. Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Leimung in Systemen zu schaffen, wo Leimungsmittel aus Harz oder modifiziertem Harz verwendet werden. Der vorliegenden Erfindung liegt noch die weitere Aufgabe zugrunde, einen fertigen Papierbogen mit verbesserter Bedruckbarkeit zu schaffen. Diese und weitere Aufgaben werden in der folgenden Ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung weiter offenbart.
  • STAND DER TECHNIK
  • In dem USA-Patent Nr. 5,147,507 wird ein chemisch modifizierter, ausgefällter Kalziumkarbonat-Füllstoff offenbart, der mit einem kationischen Polymer oberflächenbehandelt wurde als Mittel zur Verminderung der Menge an Leimungsmittel, das bei dem Papierherstellungsverfahren verwendet wird, wobei auch andere physikalische Eigenschaften des Papiers verbessert werden.
  • In dem USA-Patent Nr. 5,411,639 wird ein Papierherstellungsverfahren mit verbesserter Leimung offenbart, die sich durch die Verwendung von Kalziumkarbonat-Pigment ergibt, das mit einem anionischen Stärke-Seife-Komplex oberflächenbehandelt wird. Das Patent macht auch geltend, daß der Papiermacher auf Grund des oberflächenbehandelten Pigments den Füllstoffgehalt des Papiers erhöhen kann, ohne die Trockenfestigkeitseigenschaften negativ zu beeinflussen.
  • In dem USA-Patent Nr. 5,514,212 wird ein anorganisches Kalziumkarbonat-Pigment offenbart, das unter Mitwirkung eines zweiwertigen und eines dreiwertigen Ions auf die Oberfläche ausgefällt wurde, ein Stärke-Seife-Komplex, wo die Stärkekomponente eine oxidierte Stärke oder eine unmodifizierte Stärke ist und die Stärkekompo nente Fettsäuren wie Olein-, Stearin- und Palmitinsäure enthält. Das Patent macht ferner geltend, daß in dem Papierherstellungsverfahren die Leimungswirkung durch die Verwendung des mit einem anionischen Stärke-Seife-Komplex oberflächenbehandelten Kalziumkarbonat-Pigments verbessert wird.
  • In dem USA-Patent Nr. 5,380,361 wird ein hydrophober Füllstoff mit fein verteilten Teilchen von anorganischen Materialien, einer wasserlöslichen Fettsäure und einem Metallion offenbart. Das Patent macht ferner geltend, daß sich der hydrophobe Füllstoff bei alkalischen Papierherstellungsverfahren eignet, wo die Leimung des fertigen Papierprodukts wichtig ist.
  • In dem USA-Patent Nr. 5,527,430 wird ein alkalisches Papier offenbart, das einen hydrophoben Füllstoff mit einem anorganischen Material, einem die anorganischen Teilchen überziehenden Fettsäuresalz und einem alkalinen Leimungsmittel aus einem Alkenylsuccinylanhydrid oder einem Alkylketendimer enthält. Das Patent macht ferner geltend, daß sich bei alkalischen Papieren, die den gemäß dem Verfahren dieser Erfindung hergestellten hydrophoben Füllstoff enthalten, die Leimung des alkalischen Papiers verbessert.
  • JP 6-248597-A betrifft die gesonderte Einbringung von Füllstoffen und Akrylnitril-Copolymeren, die Leim enthalten können, in einen Papier-Faserstoff.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Schaffung einer Zusammensetzung aus anorganischen Teilchen und einem Akrylnitril-Copolymer, wahlweise mit einem Leimungsmittel, zur Verwendung bei der Papierherstellung. Die Zusammensetzung kann ferner Zellulosefasern enthalten. Der vorliegenden Erfindung liegt die eine Aufgabe zugrunde, einen Papierfüll- oder -beschichtungsstoff mit verbesserten Leimungseigenschaften zu schaffen. Ein Vorteil besteht darin, eine unerwartete verbesserte Leimungseigenschaft bei diesem Füll- oder Beschichtungsstoff zu erzielen und dabei die gleiche Menge an Copolymer wie bei nicht effektiv gebildeten Zusammensetzungen zu verwenden.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer Zusammensetzung mit einem oder mehreren anorganischen Teilchen und einem Akrylnitril- oder substituiertem Akrylnitril-Copolymer, bei der das eine oder die mehreren anorganischen Teilchen und das Akrylnitril-Copolymer effektiv zusammenwirken, um unerwarteterweise die hydrophobe Eigenschaft des einen oder der mehreren anorganischen Teilchen sehr stark zu verbessern.
  • Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten anorganischen Teilchen können alle anorganischen Teilchen sein, die effektiv mit einem im folgenden beschriebenen Akrylnitril-Copolymer zusammenwirken können, um die hydrophobe Eigenschaft des/der anorganischen Teilchen sehr stark zu verbessern. Demgemäß ist die vorliegende Erfindung zwar im folgenden beispielhaft mit speziell beschriebenen anorganischen Teilchen mit einer festgelegten Zusammensetzung, ebensolchen Strukturen und Größen beschrieben, jedoch umfaßt die vorliegende Erfindung jedes anorganische Teilchen mit hydrophober Eigenschaft, bei dem die hydrophobe Eigenschaft in der im folgenden beschriebenen Weise verbessert ist. Das Vorhandensein einer Verbesserung für ein spezielles Teilchen kann von der speziellen Anwendung als Bestandteil eines Gegenstands abhängen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist das anorganische Teilchen eines, das als Füllstoff in einem Papierprodukt verwendet werden kann. Nicht einschränkende Beispiele für solche Papierprodukte sind Weißpapier, Holzschliffpapier, Pappe und Papier, das mit Bagasse, Stoff und ähnlichem gefertigt ist. (Ein) bevorzugtes) anorganisches) Teilchen enthält/enthalten Kalziumkarbonat, beispielsweise gemahlene Kalziumkarbonatmineralien oder ausgefälltes Kalciumkarbonat; Tone wie beispielsweise Kaolinit und Bentonit; und Titandioxide.
  • Solche anorganische Teilchen können typischerweise einen äquivalenten sphärischen Durchmesser von etwa 0,1 μm bis etwa 10 μm aufweisen. Dessen ungeachtet kann die vorliegende Erfindung sowohl mit einer kleineren als auch mit einer größeren Größe als dieser praktisch umgesetzt werden, wobei der kritische Punkt der Größe mit dem Einfluß der Größe auf das Zusammenwirken mit dem gewählten Akrylnitril-Copolymer zur Erzielung des gewünschten Grades der Hydrophobie zusammenhängt.
  • Das Akrylnitril-Copolymer gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Copolymer, das ein oder mehrere Monomer von den gleichen oder von verschiedenen Akrylnitril-Monomeren und ein oder mehrere Comonomere umfaßt.
  • Ein „Akrylnitril-Monomer" ist vorzugsweise der unsubstituierte Anteil mit der Formel [-CH2-C(CN)H-], kann jedoch Substitutionen) an einem solchen Anteil aufweisen, solange das die Verbesserung der Hydrophobie nicht verhindert. Das Comonomer ist eines, das die Verbesserung der Hydrophobie nicht verhindert und faktisch sogar eine größere Verbesserung erzielt. Zwar kann das Comonomer ein Akrylnitril-Monomer oder ein anderes Monomer sein, jedoch wird das bevorzugte Comonomer ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Butylacrylat-Monomer [-CH2-CH(-CO2C4H9)-], Butylmethacrylat-Monomer [-CH2-CH(CH3)(-CO2C4H9)-], 2-Ethylhexylacrylat-Monomer [-CH2-CH(-CO2 CH2CH(-C2H5)C4H9)-], 2-Hydroxyethylacrylat-Monomer [-CH2-CH(-CO2C2H4OH)-], Methylmethacrylat-Monomer [-CH2-C(-CH3)-CH(-CO2CH3)-], Styrol-Monomer [-CH(-C6H6)-CH2-], Vinylacrylat-Monomer [-CH2-CH(-CO2CH=CH)-] oder [-CH2-CH(-CO2CH(-)CH(-))-]. Wie bei dem weiter oben beschriebenen Akrylnitril-Monomer kann das Comonomer Substituenten aufweisen, solange das die Verbesserung der Hydrophobie nicht verhindert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Akrylnitril-Copolymer aus Akryl-nitril-Monomeren, Butylacrylat-Monomeren und Styrol-Monomeren; mehr vorzugsweise besteht es aus Akrylnitril-Monomeren und Butylacrylat-Monomeren.
  • Das ausgewählte, bei der vorliegenden Erfindung zu verwendende Akrylnitril-Copolymer ist eines, das in einem wäßrigen Medium dispergierbar ist und ein Molekulargewicht aufweisen kann, das im Größenbereich von Tausenden bis Zehntausenden und Hunderttausenden bis Millionen liegt. In ähnlicher Weise können die Verhältnisse der Monomere zueinander im Bereich von eins bis zehn bis zu Hunderten liegen, wobei es sich versteht, daß der Grad der hydrophoben Eigenschaft eine Funktion der unterschiedlichen Verhältnisse sein kann.
  • Das (die) organische(n) Teilchen und das Akrylnitril-Copolymer gemäß der vorliegenden Erfindung wirken effektiv zusammen, um unerwarteterweise die hydrophobe Eigenschaft des (der) Teilchens) gemäß der vorliegenden Erfindung sehr stark zu verbessern. Die „hydrophobe Eigenschaft" des (der) anorganischen Teilchens) besteht darin, daß die Eigenschaft der Teilchen, die sich durch die Fließfestigkeit einer Flüssigkeit, beispielsweise gegen das Hindurchdringen von Wasser durch einen Gegenstand manifestiert, der zumindest teilweise mit dem (den) Teilchen hergestellt ist, und die bei Vorhandensein auch ein Maß für den Zerfall des (der) anorganischen Teilchens) durch Reaktion mit der Flüssigkeit sein kann.
  • Demgemäß gilt die hydrophobe Eigenschaft des (der) organischen Teilchens) als sehr stark verbessert, wenn das organische Teilchen enthaltendes Papier eine meßbar verbesserte Festigkeit gegen Hindurchdringen von Wasser im Vergleich zu dem Gegenstand aufweist, der in ähnlicher Weise mit dem (den) anorganischen Teilchen ohne Mitwirkung des Akrylnitril-Co-polymers oder zumindest ohne dessen aktives Zusammenwirken mit dem (den) anorganischen Teilchen gefertigt wurde. Demgemäß ist ein nicht einschränkendes Beispiel für eine nachgewiesene verbesserte hydrophobe Eigenschaft eine bedeutungsvolle Erhöhung (beispielsweise außerhalb eines experimentellen Fehlers oder eines anderen Artefakten) in einem Cobb-Test oder Hercules-Leimungstest an einem mit der vorliegenden Erfindung hergestellten Papier gegenüber einem Papier, das ohne das Akrylnitril-Copolymer oder, wenn das Akrylnitril-Copolymer vorhanden ist, ohne erfolgtes effektives Zusammenwirken des Akrylnitril-Copolymers mit dem (den) organischen Teilchen hergestellt ist. Die sehr stark verbesserte hydrophobe Eigenschaft ist vorzugsweise mindestens etwa 25 Prozent besser, mehr vorzugsweise mindestens etwa 50 Prozent besser als die gemessenen Eigenschaften von Gegenständen ohne den Vorteil der vorliegenden Erfindung.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt der Papier-Faserstoff ferner ein Leimungsmittel. Ein „Leimungsmittel" kann als Material defi niert werden, das die Aufnahme von Wasser in eine Zusammensetzung verzögert, die das Leimungsmittel enthält, beispielsweise eine Papierzusammensetzung oder ein Material, das anderes Material vor einem nachteiligen Angriff von Flüssigkeit schützt, wobei ein nicht einschränkendes Beispiel das von Wasser ist, das einen Füllstoff in einer Papierzusammensetzung zersetzt. Ein Verfahren zum Erkennen eines Materials, das als Leimungsmittel in einer Papierzusammensetzung wirkt, ist dasjenige mit in der Industrie akzeptierten Tests, beispielsweise das Cobb-Verfahren, die Verwendung eines Hercules-Leimungstesters oder dergleichen, wie oben angegeben. Bevorzugte Leimungsmittel sind Alkylketendimere, Alkenylsuccinylanhydrid und synthetische Leimungsmittel aus modifiziertem Harz.
  • In der Praxis der vorliegenden Erfindung werden das (die) ausgewählte(n) anorganischen Teilchen und das (die) Akrylnitril-Copolymer(e) effektiv zum Zusammenwirken gebracht, um die hydrophobe Eigenschaft des (der) Teilchen effektiv zu verbessern.
  • Eine solche Verbesserung kann mit bekannten Tests gemessen werden, beispielsweise mit dem oben beschriebenen Cobb-Verfahren, dem Hercules-Leimungstester und dergleichen. Vorzugsweise ist die sehr starke Verbesserung eine Erhöhung im Leimungscharakter von mindestens etwa 25 Prozent, mehr vorzugsweise von mindestens etwa 50 Prozent.
  • Ein solches effektives Zusammenwirken kann mit herkömmlichen Mischverfahren, die in der Technik bekannt sind, zustande gebracht werden. Das Zusammenwirken erfolgt vorzugsweise in flüssigen oder wäßrigen Lösungen. Demgemäß wird eine Ausführungsform der Erfindung durch Bildung einer Lösung des (der) anorganischen Teilchens) und durch Bildung einer Lösung des Akrylnitril-Copolymers zustandegebracht. Die Lösung des (der) anorganischen Teilchens) und die Lösung des Akrylnitril-Copolymers kann aus zwei gesonderten Lösungen bestehen, die zur Erzielung einer einzigen Lösung des (der) organischen Teilchens) wie auch des Akrylnitril-Copolymers vermischt werden, oder sie kann die gleiche Lösung sein, in die das (die) anorganischen Teilchen und das Akrylnitril-Copolymer in einer von einer Vielzahl von Abfolgen und Mitteln eingebracht werden. Beispielsweise könnte das durch sequentielle oder gleichzeitige oder sich überlappende Zugabeströme erfolgen. Vorteilhaft können Vermengungs-, Misch- und Umrührmittel verwendet werden, um das für die vorliegende Erfindung erforderliche effektive Zusammenwirken zustande zu bringen. Das effektive Zusammenwirken kann von einem oder von beiden von chemischen und physikalischen Mechanismen begleitet werden. Beispiele dafür könnten das Binden des (der) anorganischen Teilchens) und des (der) Akrylnitril-Copolymere aneinander, das Beschichten oder Aufschichten der (des) Akrylnitril-Copolymere auf das (die) anorganischen Teilchen, das Kapseln des (der) anorganischen Teilchens) durch das (die) Akrylnitril-Copolymer(e) und die Ausbildung einer Matrix durch das (die) Akrylnitril-Copolymere) sein, in der das (die) anorganische Teilchen dispergiert ist (sind).
  • Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren beinhaltend das Mischen von einem oder mehreren anorganischen Teilchen, einem oder mehreren Akrylnitril-Copolymeren und eines Papier-Faserstoffs zur Ausbildung eines modifizierten Papier-Faserstoffs und das Ausbilden eines Papierbogens aus dem modifizierten Papier-Faserstoff, wobei das Mischen so effektiv ist, daß sich unerwarteterweise die Hydrophobie des Papierbogens verbessert. Ein solches Mischen kann in beliebiger Kombination erfolgen, wie es der Fachmann praktiziert. Zu geeigneten Überlegungen gehört, daß auf solche Faktoren geachtet wird, daß beispielsweise ein anorganisches Teilchen, das effektiv mit einem Akrylnitril-Copolymer in trockenem Zustand gemischt ist, schwer in einer Aufschlämmung dispergierbar ist, und dergleichen. Als Beispiel für ein geeignetes System wird ein anorganisches Teilchen, beispielsweise ausgefälltes Kalziumkarbonat, in Form einer Aufschlämmung unter Umrühren mit einer wäßrigen Lösung eines Copolymers aus Butylacrylat und Akrylnitril-Copolymer gemischt und dann zur Verwendung bei der Papierherstellung in einen Papier-Faserstoff eingebracht.
  • Im folgenden werden weitere nicht einschränkende Beispiele für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben.
  • BEISPIEL 1
  • Herstellung von ausgefälltem Kalziumkarbonat (PCC) in effektiver Mischung mit einem Akrylnitril-Copolymer
  • Es wird eine wäßrige Aufschlämmung von PCC bei einer Temperatur von 10 Grad Celsius bis 95 Grad Celsius kontinuierlich umgerührt. Der wäßrigen Aufschlämmung von PCC wird unter Umrühren, das zur Aufrechterhaltung eines mäßigen Strudels ausreicht, ein Akrylnitril-Copolymer zugesetzt, das aus Butylacrylat und Akrylnitril besteht und auch Styrol enthalten kann. Die Feststoffe in dieser Dispersion von Acryl-Copolymer können im Bereich von 1,0 Prozent bis mehr als 50 Prozent liegen. Nach einem Mischen von 10 Minuten ist das entstandene Produkt ein Akrylnitril-Copolymer-PCC-System gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • BEISPIEL 2
  • Vergleich von effektiv und von nicht effektiv gemischtem PCC und Akrylnitril Copolymer
  • Zum Testen der Wirkung der Akrylnitril-Copolymer-PCC-Systeme auf die Leimungseigenschaften gegenüber dem PCC werden dem PCC und dem Copolymer-PCC beigemischte Füllstoffe verwendet.
  • Aus einem Faserstoff aus Kraft-Papierbreien aus 75 Prozent gebleichtem Hartholz und 25 Prozent gebleichtem Weichholz, die bei einem pH-Wert von 7 in destilliertem Wasser zu einem Kanadischen Standardmahlgrad (CSF) von 400 geschlagen worden war, werden mit Hilfe eines Turbulenzimpulsformers (hergestellt von Paper Research Materials, Inc.) und eines Formax-Bogenformers (Typ Noble and Wood, hergestellt von der Adirondack Machine Corp.) Vergleichshandmusterbögen (74 g/m2) hergestellt. Die Schergeschwindigkeit des Turbulenzimpulsformers wird auf 1250 U/min eingestellt, wobei ein Papierbreifaserstoff mit einer Konsistenz von 0,12 Prozent verwendet wird. Die Papierbreikonsistenz für den Formax beträgt 0,025 Prozent. Dem Papierbrei wird ein synthetisches Leimungsmittel (Alkylketendimer oder Alkenylsuccinylanhydrid) in Graden von etwa 0,1 bis etwa 0,25 Prozent zugesetzt. Kationische Kartoffelstärke wird in Graden von etwa 0,5 bis etwa 0,75 Prozent zugesetzt. Dem Faserstoff wird Füllstoff zugesetzt, um einen Füllstoffgehaltbereich von etwa 5 bis etwa 25 Prozent in den fertigen Bögen zu erzielen. Es wird ein Retentionsmittel (ein kationisches oder anionisches Polyacrylamid mit hohem Molekulargewicht) zu etwa 0,025 Prozent zugesetzt. Destilliertes Wasser, das während des gesamten Verfahrens zur Herstellung der Handmusterbögen verwendet wird, wird gelegentlich mit 60 ppm Kalzium in Form von Kalziumchlorid dotiert, um dem Wasser Härte zu verleihen. Die Bögen werden unter Verwendung eines Walzenspalts bei einem Druck von 25 psi gepreßt und bei einer Temperatur von 125°C auf einer umlaufenden verchromten Trommel getrocknet. Alle Bögen werden bei etwa 50 Prozent relativer Feuchtigkeit und 23°C konditioniert.
  • Die Leimung wird mit dem Hercules-Leimungstest (HST) geprüft, um das Hindurchdringen von Flüssigkeit durch die Handmusterbögen zu messen. Der Hercules-Leimungstest (HST) ist das Testverfahren, das bei der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung des Leimungsgrads von Papier verwendet wird. Der Test wird auf einem Hercules-Leimungstester des Modells KA oder KC ausgeführt, und das verwendete Testverfahren ist das TAPPI-Verfahren T-530 PM-89 (abgeändert 1989).
  • Die Handmusterbögen werden in der oben beschriebenen Weise auf einem Turbulenzimpulsformer hergestellt, so daß sie einen Füllstoffgrad von 24 Prozent PCC, 0,15 Prozent Alkylketendimer, 0,75 Prozent kationische Kartoffelstärke und 0,025 Prozent anionisches Polyacrylamid aufweisen. Die Ergebnisse des HST sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • TABELLE 1
    Figure 00110001
  • Figure 00120001
  • Eine Durchsicht der Daten zeigt, daß durch Mischen des PCC-Füllstoffs mit Akrylnitril-Copolymer unerwarteterweise die Leimung der Bögen gegenüber dem PCC-Füllstoff verbessert wird. Größeres Beimischen des mit Akrylnitril copolymerisierten PCC-Füllstoffs führt unerwarteterweise zu einer verbesserten Leimung der Bögen gegenüber dem Zusetzen der gleichen Menge von Akrylnitril-Copolymer zu dem Papierbrei und der Verwendung von unbehandeltem PCC.
  • BEISPIEL 3
  • Auswirkung des Mischens von PCC mit verschiedenen Mengen von Akrylnitril-Copolymer in einem Leimungssystem mit Alkylketendimer (AKD)
  • PCC wird mit verschiedenen Mengen von Akrylpolymer gemischt, um die Auswirkung der Veränderung der Menge des zur Modifizierung des PCC verwendeten Akrylnitril-Copolymers auf die Leimung zu prüfen. Die Handprüfbögen werden unter Verwendung des Turbulenzimpulsformers gefertigt und in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise hergestellt. Die Ergebnisse des HST-Tests sind in Tabelle 2 gezeigt.
  • Eine Durchsicht der Daten zeigt, daß durch effektives Mischen der Oberfläche des PCC mit Akrylnitril-Copolymer die Leimung gegenüber dem uneffektiven Mischen oder dem PCC-Füllstoff allein verbessert wird. Die weitere Durchsicht der Daten zeigt, daß Behandlungsgrade von etwa 0,50 bis 2 Trockengewichtsprozent Akrylnitril-Copolymer für das PCC eine besonders verbesserte Leimung erbringen und optimal etwa 0,5 Prozent bis etwa 1 Prozent Akrylnitril-Copolymer die am meisten verbesserten Ergebnisse erbringen.
  • TABELLE 2
    Figure 00130001
    • Albacar®
    ist ein eingetragenes Warenzeichen von Minerals Technologies, Inc.
    Albacar® HO PCC
    ist im Handel erhältlich von Minerals Technologies, Inc., 405 Lexington Avenue, New York, NY.
  • BEISPIEL 4
  • Auswirkung des Mischens von PCC mit Akrylnitril-Copolymer in einem Harz-Leimungssystem
  • PCC wird mit Harz mit 1 Prozent Akrylnitril-Copolymer gemischt, um die Auswirkung des Leimens unter Verwendung eines neutralen Harzleims (Neutros Extra – EKA Chemicals, Inc.) bei einem End-pH-Wert des Bogens von 6,5–7,0 zu prüfen. Unter Verwendung des Formax (Noble and Wood) werden Handprüfbögen hergestellt, die 0,75 Prozent kationische Stärke, 0,45 Prozent Harzleim, 0,66 Prozent Alaun und 0,025 Prozent kationisches Polyacrylamid als Haltehilfe enthalten. Den Bögen wird PCC zu annähernd 16 Prozent und 25 Prozent zugesetzt. Die Ergebnisse des HST sind in Tabelle 3 gezeigt.
  • TABELLE 3
    Figure 00140001
  • Eine Durchsicht der Daten zeigt, daß durch effektives Mischen des PCC mit Akryl-Copolymer unerwarteterweise die Leimung gegenüber dem Füllstoff allein verbessert wird.
  • BEISPIEL 5
  • Auswirkung des Mischens von PCC mit Akrylnitril-Copolymer in einem Leimungssystem mit Alkenylsuccinylanhydrid (ASA)
  • PCC wird mit 0,75 Prozent Akryl-Copolymer gemischt, um die Auswirkung des Leimens in einem ASA-Leimungssystem zu prüfen. Unter Verwendung des Turbulenzimpulsformers werden Handprüfbögen hergestellt, die 0,75 Prozent kationische Stärke, 0,10 Prozent ASA und 0,025 Prozent anionisches Polyacrylamid als Haltehilfe enthalten. Den Bögen wird PCC zu annähernd 8 Prozent, 16 Prozent und 24 Prozent zugesetzt. Die Ergebnisse des HST sind in Tabelle 4 gezeigt.
  • TABELLE 4
    Figure 00150001
  • Eine Durchsicht der Daten zeigt, daß durch effektives Mischen des PCC mit Akrylnitril-Copolymer unerwarteterweise die ASA Leimungsleistung bei mit dieser Art von PCC hergestellten Papieren verbessert wird.
  • BEISPIEL 6
  • Auswirkung des Mischens von PCC mit Akrylnitril-Copolymer in einem Holzschliff enthaltenden System
  • Es kommt das Mischen von PCC mit 1,0 Prozent Akryl-Copolymer zur Anwendung, um die Auswirkung des Leimens in einem ungeleimten Holzschliff-Faserstoff zu prüfen. Unter Verwendung des Turbulenzimpulsformers werden Handprüfbögen aus einem Faserstoff hergestellt, der aus 70 Prozent TMP-Faser und 30 Prozent Weichholz-Kraft-Faser besteht und 0,75 Prozent kationische Stärke, 0,25 Prozent kationisches Polyamin als Haltehilfe und 0,075 Prozent kationisches Polyacrylamid als Haltehilfe enthält. Dem Faserstoff wird PCC zugesetzt, so daß 25 Prozent Füllstoff in den Bögen verbleibt. Alle Handprüfbögen werden bei 1500 pli in 4 Durch-läufen bei 175°F (80°C) und 8 Prozent Feuchtigkeit kalandriert. Zur Bestimmung der Wasseraufnahmemenge eines ungeleimten Papiers wird das Wasseraufnahmevermögen geprüft. Das anzuwendende Testverfahren ist das TAPPI-Verfahren UM-596. Die Ergebnisse des Wassertropfentests für die Leimung sind in Tabelle 5 gezeigt.
  • TABELLE 5
    Figure 00160001
  • Die Daten zeigen, daß sich durch Behandlung des PCC mit Akrylnitril-Copolymer die Wassertropfenleimung des Bogens im Vergleich zu unbehandeltem Füllstoff sehr stark verbessert. Dadurch verbessert sich die Offset-Bedruckbarkeit des Bogens.

Claims (10)

  1. Verfahren beinhaltend das Mischen eines anorganischen Füllstoffteilchens und eines Akrylnitril-Copolymers, das Hinzufügen des Gemischs zu einem Papier-Faserstoff und das Formen von Papier aus dem Papier-Faserstoff.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das anorganische Füllstoffteilchen ein oder mehrere anorganisches) Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kalziumkarbonat, Ton, Talkum und Titandioxid, aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das anorganische Material ausgefälltes Kalziumkarbonat ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Teilchen einen äquivalenten sphärischen Durchmesser von 0,1 μm bis 10 μm hat.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Akrylnitril-Copolymer ein Copolymer aus Akrylnitril und ein oder mehrere Monomere, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Butylacrylat, Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Hydroxyethylacrylat, Methylmethacrylat, Styrol, Vinylacrylat und Vinylchlorid, aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Akrylnitril-Copolymer aus Akrylnitril, Butylacrylat und Styrol besteht.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Akrylnitril-Copolymer aus Akrylnitril-Monomeren und Butylacrylat-Monomeren besteht.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Papier-Faserstoff ein Leimungsmittel beinhaltet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Leimungsmittel ein Alkylketen-Dimer, ein Alkenylbernsteinanhydrid oder ein modifiziertes Harz synthetisches Leimungsmittel ist.
  10. Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei der Papier-Faserstoff Zellulosefasern aufweist.
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