EP0016465B2

EP0016465B2 - Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier und Karton und Streichmasse zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: EP0016465B2
Application number: EP80101472A
Authority: EP
Inventors: Kurt Werner Dr. Dipl.-Chem. Bergmann; Popko Julius Westerhuis
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Feldmuehle AG
Priority date: 1979-03-24
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1986-08-06
Also published as: JPS55128099A; ATE886T1; DE2911679C3; US4495029A; FI65642C; FI65642B; EP0016465A1; DE2911679B2; EP0016465B1; DE2911679A1; FI800896A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier und Karton, bei dem eine wässrige Streichmasse mit Teilchen mindestens einer wässrigen Kunststoffdispersion und anorganischer Pigmente auf Streichrohpapier oder -karton aufgetragen und getrocknet wird und eine Streichmasse zur Durchführung des Verfahrens.
Den hohen Qualitätsanforderungen der Druckpapiere stehen die ständigen Forderungen entgegen, eine Kostensenkung herbeizuführen. Von besonderer Dringlichkeit ist die Lösung dieses Problems bei den sogenannten LWC-(light weight coated) Papieren, die für Versandhauskataloge, illustrierte Magazine u. ä. verwendet werden. Nachdem die Möglichkeiten über den Einsatz kostengünstigerer Rohstoffe ohne gleichzeitige Qualitätseinbussen noch eine Kostensenkung herbeizuführen, weitestgehend erschöpft sind, werden LWC-Papiere heute mit extrem niedrigen Flächengewichten hergestellt. Die Streichrohpapiere liegen dabei zwischen 36 und 40 g/m², der Strichauftrag beträgt 8-12 g/m² und Seite. Diese Gewichte bilden eine technologische Grenze, die man trotz grösster Bemühungen nicht mehr unterschreiten kann. Vielmehr führt bereits das Arbeiten in diesem Grenzbereich zu enormen Schwierigkeiten während des Streichprozesses. Infolge des geringen Flächengewichtes kommt es vielfach zum «Durchschlagen» der Streichmasse. Die Streichmasse durchdringt dabei das Substrat und baut sich auf der Coater-Walze auf. Dabei entstehen zunächst Strichfehler und bei stärkerem Absetzen Abrisse der Papierbahn. Die Streichanlage muss abgestellt und gesäubert werden. Die Stillstandzeiten und der anfallende Ausschuss führen zu erhöhten Fertigungskosten.
Das Durschlagen der Streichmassen hat aber auch noch einen weiteren Nachteil. Der in das Papier eindringende Anteil der Streichmasse kann nicht mehr zur Qualitätsverbesserung der Papieroberfläche beitragen. Es ist daher generell erwünscht, dass nur ein gewisser Anteil der Streichmasse in das Substrat eindringt und dort die Verankerung der Oberflächenbeschichtung bewirkt. Der grössere Anteil soll dagegen auf der Oberfläche verbleiben und die Bedruckbarkeit verbessern. Zu tief eindringende Streichmassen verursachen daher auch bei solchen Papieren und Kartonsorten Qualitätsverluste, bei denen das Durchschlagen der Streichmasse auf Grund ihres höheren Flächengewichtes nicht zu den oben beschriebenen Betriebsstörungen führt.
Es hat in der Vergangenheit nicht an Bemühungen gefehlt, das zu tiefe Eindringen der Streichmassen und insbesondere das Durchschlagen der Streichmassen bei LWC-Papieren zu unterbinden. Die bekannten Vorschläge durch Erhöhung des Feststoffgehaltes oder der Viskosität das Durchschlagverhalten der Streichmassen zu beeinflussen, haben aber nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt. Die Erhöhung des Feststoffgehaltes wird bei einer Streichmasse durch den Wasserbedarf limitiert, der zur Dispergierung der verwendeten Pigmente erforderlich ist. In der Regel sind Streichmassen mit einem Feststoffgehalt von mehr als 60% nicht herstellbar oder zumindest unter praxisnahen Bedingungen nicht verarbeitbar. Ein Durchschlagen der Streichmasse wird jedoch lediglich bei solchen Streichmassen in geringem Umfang vermieden, die einen noch höheren Feststoffgehalt aufweisen. Als zusätzliche Schwierigkeit kommt bei LWC-Papieren noch hinzu, dass sich Strichauftragsgewichte im interessierenden Bereich unter 12 g/m² mit Streichmassen, die einen Feststoffgehalt von über 60% aufweisen, kaum erzielen lassen. Lediglich in ihrer Viskosität erhöhte Streichmassen zeigen ebenfalls kein geringeres Durchschlagverhalten. Es wurde auch schon der Zusatz von Elektrolyten und kationischen Substanzen zur Streichmasse vorgeschlagen. Zumeist wird die Streichmassenrheologie dadurch aber so ungünstig beeinflusst, dass auch diese Vorschläge keinen Eingang in die Praxis gefunden haben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese bekannten Schwierigkeiten zu beseitigen und ein Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier und Karton zu schaffen, bei dem die Streichmasse nur in geringem Umfang in die Substrate eindringt. Insbesondere soll bei LWC-Papieren das Durchschlagen der Streichmasse verhindert und ein problemloser und störungsfreier Streichprozess gewährleistet werden.
Eine weitere wichtige Aufgabe besteht in der Herstellung von LWC-Papieren mit verringertem Flächengewicht, wobei aus einer geringeren Menge wertvoller Rohstoffe und unter Energieeinsparung eine flächenmässig gleichbleibende Papiermenge mit unverändertem Qualitätsniveau hergestellt werden soll.
Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine Streichmasse zu schaffen, die unter Verwendung üblicher Streichfarbenkomponenten, insbesondere üblicher Kunststoffdispersionen und Pigmente, hergestellt werden kann und die sich mit den üblichen Einrichtungen herstellen und verarbeiten lässt, dabei jedoch in wesentlich geringerem Umfang in die Substrate eindringt und bei deren Anwendung zum Streichen von LWC-Papieren das Durchschlagen weitestgehend vermieden wird.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier oder Karton, das dadurch gekennzeichnet ist, dass auf ein Streichrohpapier bzw. einen Streichrohkarton mit einem pH-Wert<6,5 eine Streichmasse aufgetragen wird, deren pH-Wert<6,5 ist, bei der die Teilchen der Kunststoffdispersion eine nicht kationaktive Ladung tragen und die eine oder mehrere wasserlösliche, schwach kationaktive monomere Substanzen aus der Gruppe der tertiären und quaternären enthält, die während der Herstellung und Lagerung der Streichmasse deren Stabilität nicht beeinträchtigt, im pH-Bereich unterhalb 6,5 jedoch stark kationaktiv wird und dass bei Kontakt mit dem sauer eingestellten Papier bzw. Karton die Streichmasse an der Grenzfläche zum Streichrohpapier bzw. Streichrohkarton erstarrt. Sofern nachgehend der Ausdruck der Streichmasse zugebene Substanz verwendet wird, ist damit eine Aminoverbindung gemeint.
Für die erfolgreiche Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es von entscheidender Bedeutung, dass alle Verfahrensbedingungen eingehalten werden. Die Verwendung eines Streichrohpapiers bzw. -kartons mt einem pH-Wert unterhalb 6,5 und die Einstellung der Streichmasse auf einen pH-Wert oberhalb 6,5 ermöglichen dabei zunächst ein Arbeiten im pH-Bereich der üblichen Streichmassen. Erst beim Kontakt der Streichmasse mit dem Substrat wird die der Streichmasse zugegebene Substanz kationaktiv. Die Auswahl und Einsatzmöglichkeiten der stärker kationaktiv werdenden Substanzen und der Kunststoffdispersion sind dabei sorgfältig aufeinander abzustimmen. Die Einsatzmöglichkeiten der verwendbaren Kunststoffdispersionen sind dabei nicht an das Vorliegen eines bestimmen Polymerisats gebunden. Es können vielmehr alle Kunststoffdispersionen verwendet werden, die auch bisher zur Herstellung von Streichmassen Verwendung fanden, wie z. B. Butadienstyrol-Copolymerisate, Acrylsäureester-Mischpolymerisate mit z. B. Polyvinylacetat o. ä., sofern sie die erhobene Forderung nach einem nicht kationaktiven Ladungszustand ihrer Kunststoffteilchen erfüllen.
Unter dem Ausdruck Kunststoffteilchen mit einer nicht kationaktiven Ladung sollen gemäss der vorliegenden Anmeldung solche Kunststoffdispersionen verstanden werden, die über ein anionaktives Emulgatorsystem verfügen oder nichtionisch stabilisiert sind. Viele Kunststoffdispersionen, deren Emulgatorsystem sowohl aus anionischen als auch aus nichtionischen Substanzen besteht, fallen ebenfalls unter den genannten Begriff. Es werden aber auch solche Dispersionen von der gewählten Formulierung umfasst, bei denen der ionogene Ladungszustand durch bestimmte Gruppen des Polymerisats selbst bestimmt wird.
Nicht geeignet für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind die Kunststoffdispersionen, deren Teilchen eine kationenaktive Ladung tragen und auch die nicht, die bei Zugabe zu einer Streichmasse unter dem Einfluss einer schwach kationaktiven Substanz in ihrer Stabilität so beeinträchtigt werden, dass eine problemlose Herstellung, Lagerung und Weiterverarbeitung der Streichmasse nicht mehr möglich ist. Um von einer empfindlichen Störung des Stabilisierungsgrades zu sprechen, bedarf es nicht einer Koagulation der Streichmasse, vielmehr macht sich eine Beeinflussung des Stabilisierungsgrades oftmals schon durch eine über dem üblichen Mass liegende Steigerung der Biskosität bemerkbar.
Es sind auch die Kunststoffdispersionen nicht geeignet, die über einen derart hohen Stabilisierungsgrad verfügen, dass sie bei Zugabe einer schwach kationaktiven Substanz zu einer Streichmasse unter dem Einfluss einer sauren Papieroberfläche in ihrem Stabilisierungsgrad nicht oder nur so gering beeinflusst werden, dass ein Erstarren der Streichmasse an den Berührungspunkten zwischen Strich und Papier nicht erfolgt.
Die Substanzen, die der Streichmasse zugegeben werden und erst im pH-Bereich unterhalb 6,5 stark kationaktiv werden, besitzen im allgemeinen auch bei höheren pH-Werten einen schwach kationaktiven Charakter, sie werden deshalb nachfolgend als schwach kationische Substanzen bezeichnet. Die von ihnen ausgehende kationische Wirkung ist jedoch so gering, dass sie ohne nennenswerten Einfluss auf die Stabilität der Streichmassen bleibt. Ihre charakteristische Wirkung tritt erst bei einem sauren pH-Wert ein. Bei Kontakt mit einem sauer hergestellten Papier verstärkt sich ihre kationale Wirkung und bewirkt eine Erstarrung der Streichmasse an den Stellen, an denen Kontakt zwischen Streichmasse und saurem Papier besteht.
Durch das Erstarren der Streichmasse an dem genannten Grenzflächenbereich wird ein weiteres Eindringen der Streichmasse in das Innere des Streichrohpapiers verhindert und bei LWC-Papieren das Durchschlagen unterbunden. Die Papierstreichmasse kann aber auch ihre vorgesehene Aufgabe, die in der Verbesserung der Oberfläche besteht, weitaus besser erfüllen, als eine solche Streichmasse, die in einem erheblichen Umfang in das Papier eingedrungen ist.
Wenn auch noch nicht restlos geklärt ist, wie es im Einzelfall zum Erstarren der Streichmasse im Grenzflächenbereich kommt, kann die Wirkungsweise jedoch voraussichtlich wie folgt erklärt werden: Die der Streichmasse zugegebenen Substanzen beeinträchtigen die Stabilität der auf einen pH-Wert<6,5 eingestellten Streichmasse zunächst nicht. Herstellung und Verarbeitung der Streichmassen sind daher keinen Beschränkungen unterworfen und können in der üblichen Art und Weise erfolgen. Wird die Streichmasse jedoch auf die Oberfläche eines Streichrohpapiers oder Streichrohkartons aufgetragen, dessen Oberfläche einen sauren pH-Wert aufweist, so werden die Substanzen stark kationisch und beeinträchtigen den Stabilisierungsgrad des verwendeten Kunststoffbindemittels. Der verringerte Stabilisierungsgrad der Kunststoffdispersion kann sowohl in einer vollkommenen Koagulation im Grenzflächenbereich des Substrats und der Streichmasse begründet sein, wobei in der Regel eine Wasserabspaltung zu beobachten ist, es kann sich aber auch um die Überführung der Kunststoffdispersion in einen nicht reversiblen, gelartigen Zustand handeln. In jedem Fall wird es infolge der verringerten Stabilität der Kunststoffdispersion im Grenzflächenbereich zu einem Erstarren der Streichmasse kommen. In diesem Grenzflächenbereich wirkt die erstarrte Streichmasse quasi als Sperrschicht und verhindert ein weiteres Eindringen des Streichmassenanteils, der mit der Oberfläche des Substrats nicht in Kontakt gekommen ist, infolgedessen über einen unveränderten pH-Wert verfügt und dessen Stabilität nicht beeinträchtigt ist.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hat sich die Verwendung eines Streichrohpapiers oder -kartons mit einem pH-Wert zwischen 4,5 und 6,0 als besonders vorteilhaft herausgestellt. Streichrohpapiere und -kartons werden vielfach in diesem pH-Bereich hergestellt und können daher ohne zusätzliche Massnahmen bei dem erfindungsgemässen Verfahren eingesetzt werden. Von besonderem Vorteil ist es dabei aber auch, dass durch die Verwendung solcher Substrate eine sehr schnelle und vollkommene Destabilisierung im Grenzflächenbereich erfolgt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden solche Streichrohpapiere oder -kartons verwendet, bei denen die Einstellung des pH-Wertes durch Zusatz einer Schwefelsäureverbindung des Aluminiums zum Faserstoffbrei auf einen Wert von 4,5 bis 6,0 erfolgte. Es haben sich sowohl Aluminiumsulfat als auch Kalium-Aluminiumsulfat als geeignet erwiesen. Wenn eine noch niedrigere pH-Wert-Einstellung erwünscht ist, wird diese zweckmässigerweise zusätzlich durch Schwefelsäure vorgenommen.
Wässrige Papierstreichmassen werden zumeist im alkalischen Bereich hergestellt und verarbeitet. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hat sich die Einstellung der Streichmasse auf einen pH-Wert, der zwischen 7,5 und 11 liegt, als zweckmässig erwiesen. Bei Streichmassen in diesem pH-Wert-Bereich ist sowohl eine ausreichende Stabilität während der Herstellung und Verarbeitung als auch ein sicheres Erstarren der Streichmasse im Grenzflächenbereich gewährleistet, wenn die Streichmasse auf das Substrat aufgetragen wird.
Wenn für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens auch solche Kunststoffdispersionen geeignet sind, deren Teilchen einen nichtionischen Ladungszustand aufweisen, so haben sich doch solche Kunststoffdispersionen als besonders zweckmässig erwiesen, bei denen die Teilchen anionaktiv geladen sind. Bei diesen Dispersionen ist eine Destabilisierung durch die im sauren pH-Bereich stärker kationaktiv werdende Substanz besonders gut erreichbar.
In einer zweckmässigen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden dabei solche Kunststoffdispersionen verwendet, bei denen der anionaktive Ladungszustand der Teilchen durch anionische Gruppen des Kunststoffmoleküls bewirkt wird.
Als ganz besonders vorteilhaft haben sich jedoch solche Kunststoffdispersionen erwiesen, bei denen der anionaktive Ladungszustand der Teilchen auf ein anionaktives Emulgatoren- oder Stabilisatorensystem zurückgeht.
Zur wirksamen Durchführung des Verfahrens kommt es darauf an, dass die der Streichmasse zugegebene Substanz durch die Berührung mit der sauren Oberfläche des Substrats eine Verstärkung ihres kationaktiven Ladungszustands erfährt. Besonders geeignet sind in dieser Hinsicht solche Substanzen, die in der Streichmasse nur schwach kationaktiv sind. Solche Substanzen lassen sich durch eine Verschiebung in ihrem pH-Wert besonders gut in ihrem Ladungszustand verändern.
Die der Streichmasse zuzugebenden kationaktiven Substanzen müssen die Eigenschaft haben, bei einem pH-Wert < 6,5 stark kationisch zu werden. Als geeignet haben sich in Wasser lösbare monomere, tertiäre und quateriäre Aminoverbindungen erwiesen, die Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste am Stickstoffatom tragen. Dabei sind bevorzugt geeignet die quaternären Aminoverbindungen. Die Destabilisierung der Streichmasse im Grenzflächenbereich zum Substrat hängt ab von der Art der in einem pH-Bereich unterhalb 6,5 stark kationaktiv werdenden Substanz, von der Stabilität des verwendeten Bindemittels und von der Menge, in der diese Substanz der Streichmasse zugegeben wird. Vorteilhaft erfolgt die Zugabe nur in einer solchen Menge, dass sie die Stabilität der Streichmasse nicht beeinträchtigt.
Als besonders zweckmässig hat sich eine Zugabemenge von 2 bis 20 Gew.%, bezogen auf die Trockenteile der Kunststoffdispersion, in der Streichmasse erwiesen.
In einer zweckmässigen Ausführungsform ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass eine Streichmasse mit einem Feststoffgehalt von 30 bis 35 Gew.% mit einer Luftbürstenstreicheinrichtung einseitig auf ein Streichrohpapier oder -karton in einer solchen Menge aufgetragen wird, dass das Gewicht des getrockneten Striches 10-12 g/m² beträgt. Es zeigt sich dabei, dass die Streichmasse weniger tief in das Substrat eindringt und eine grössere Menge des Striches auf der Oberfläche verbleibt und zur Verbesserung der Qualität beiträgt.
Insbesondere ist das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von LWC-Papieren geeignet. Durch seine Anwendung wird das gefürchtete Durchschlagen der Streichmasse vermieden und ein störungsfreier Streichprozess ermöglicht. Durch den Wegfall kostspieliger Maschinenstillstandzeiten und die wesentlich bessere Ausnutzung der mit hohem Investitionsaufwand belasteten Maschinen und Aggregate entsteht also schon ein beträchtlicher wirtschaftlicher Vorteil, wenn das Verfahren unter Beibehaltung der bisherigen Flächengewichte des Streichrohpapieres bzw. des Strichgewichtes angewendet wird.
Unter konsequenter Ausnutzung der Vorteile, die durch das geringere Eindringen der Streichmassen entstehen, bietet die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens weitere bedeutende Vorteile.
LWC-Papiere, die nach dem erfindungsgemässen Streichverfahren hergestellt wurden, sind im Tiefdruckverfahren erheblich besser bedruckbar. Die verbesserte Qualität macht sich durch die stark verringerte Anzahl von «missing dots» (winzige, unbedruckte Stellen) bemerkbar, die im Vergleich zu den bisher üblichen Streichverfahren auftreten. In vielen Fällen treten «missing dots» nicht einmal dann auf, wenn bei Anwendung des erfindungsgemässen Streichverfahrens im Vergleich zu den bisher gebräuchlichen Verfahren gleichzeitig das Strichgewicht verringert wird. Dies ist ein eindeutiges Anzeichen dafür, dass die Streichmasse weniger tief in das Streichrohpapier eindringt und in erheblich grösserem Umfang als bisher an der Oberfläche verbleibt.
Ein weiterer wichtiger Vorteil, der durch die Erfindung ermöglicht wird, ist die Reduzierung des Flächengewichtes des Streichrohpapieres auf ein Flächengewicht bis zu 32 g/m². Bisher lag die untere Flächengewichtsgrenze bei LWC-Rohpapieren bei 36 g/m². Ein Unterschreiten dieser Grenze führte zum verstärkt auftretenden Durchschlagen der Streichmassen. Die Verwendung eines leichteren Streichrohpapieres ist deswegen von besonderem wirtschaftlichen Interesse, weil das Papier im Vergleich zur Streichmasse die teuere Rohstoffkomponente ist.
Durch die vorliegende Erfindung besteht die Möglichkeit, das Verhältnis von Streichrohpapier und Strichauftragsgewicht über die bisher bestehenden Grenzen hinaus zu verschieben und die Produkte den jeweiligen Anforderungen besser anzupassen. Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, dass durch die Reduzierung des Strichgewichtes zusätzliche Rohstoffkosten eingespart werden können.
Während bisher ein Strichgewicht von 8 g/m² als untere Grenze galt, sind nunmehr Strichgewichte von 6 bis 7 g/m² und Seite erzielbar. Zur Erzielung dieser niedrigen Strichauftragsgewichte wird in einfacher Weise der Feststoffgehalt der Streichmasse abgesenkt. Die Senkung des Feststoffgehaltes steht dabei im direkten Gegensatz zu den bisher bekanntgewordenen Vorschlägen, ein Durchschlagen der Streichmassen durch höhere Einstellung des Feststoffgehaltes zu verhindern. Die bereits erwähnte untere Grenze von 8 g/m² im Strichgewicht je Seite war darin begründet, dass bei den hohen Festtoffgehalten und so geringem Strichgewicht ein gleichmässiger Auftrag nicht mehr zu erzielen war. Eine weitere Absenkung des Strichgewichtes wäre nur durch Streichmassen mit noch weiter verringertem Feststoffgehalt möglich, die dann jedoch zum Durchschlagen der Streichmassen führen würden. Durch die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens und das dadurch bedingte Erstarren der Streichmasse an der Grenzfläche zum Streichrohpapier ist jedoch die Möglichkeit gegeben, das Strichgewicht und den Feststoffgehalt der Streichmasse weiter abzusenken.
In einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform zum Herstellen von leichtgewichtigem gestrichenem Papier wird eine Streichmasse mit einem Feststoffgehalt von 45 bis 62 Gew.% verwendet. Diese Streichmasse wird auf ein holzfreies Streichrohpapier mit einem Flächengewicht von 32-38 g/m², bevorzugt von 34-36 g/m², mit einer Rakelstreicheinrichtung beidseitig aufgetragen, wobei das Gewicht des trockenen Striches 6 bis 7 g/m² und Seite beträgt.
Die in der Praxis der Papierstreicherei beliebte Massnahme, bei der Herstellung einer Streichmasse nicht nur eine Kunststoffdispersion, sondern mehrere, gegebenenfalls auch Bindemittel auf Stärke- oder Eiweissbasis einzusetzen, muss bei der Herstellung der erfindungsgemässen Streichmassen nicht aufgegeben werden. Es ist zur Erreichung des Erfindungszieles nicht in jedem Fall notwendig, dass alle verwendeten Bindemittel koagulieren bzw. in einen gelartigen Zustand übergeführt werden. Vielmehr genügt es meistens, wenn eine der verwendeten Kunststoffdispersionen - in der Regel ist das diejenige, deren Anteil in der Streichmasse am grössten ist - in ihrer Stabilität so beeinträchtigt wird, dass eine weitestgehende Erstarrung der Streichmasse bewirkt wird. Auch eine teilweise Erstarrung im Grenzflächenbereich erfüllt bereits die Aufgabe, ein weiteres Durchschlagen bzw. Eindringen der Streichmasse in das Streichrohpapier zu verhindern.
Als besonders geeignet zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hat sich eine Streichmasse erwiesen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie auf einen pH-Wert von 8,1 bis 10,1 eingestellt ist und bei einem Feststoffgehalt von 45-62 Gew.% die folgende Zusammensetzung aufweist:

3-12 Gew.-Teile einer anionaktiven Kunststoffdispersion, gerechnet als Trockengewichtsteile, bis 95 Gew.-Teile anorganischer Pigmente, 0,1-5 Gew.-Teile einer oder mehrerer wasserlöslicher schwach kationaktiver monomerer Substanzen aus der Gruppe der tertiären und quaternären Aminoverbindungen, gerechnet als Trokkenteile und
bis 3 Gew.-Teile sonstige Hilfsstoffe, wie Dispergiermittel, Entschäumer und Verdickungsmittel,

Die Herstellung der Streichmasse ist keinen besonderen Beschränkungen unterworfen, es hat sich jedoch als zweckmässig erwiesen, nach der Dispergierung der Pigmente im alkalischen Bereich und der Zugabe des oder der Kunststoffdispersionen zunächst die kationaktive Substanz zuzugeben und dann den pH-Wert zu korrigieren.
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung, ohne sie darauf zu beschränken. Dabei stellen die Beispiele 1 bis 5 erfindungsgemässe Streichmassezusammensetzungen dar, die bevorzugt für die Herstellung von leichtgewichtigen Papieren geeignet sind, die sich sehr gut für den Tiefdruck eignen. Das Vergleichsbeispiel 1 beschreibt eine Streichmassezusammensetzung ohne die zugegebenen Substanzen, die bei einem pH < 6,5 stark kationaktiv werden.
Die Beispiele 6 bis 8 beschreiben Streichmassezusammensetzungen gemäss der Erfindung, die bevorzugt für die Herstellung leichtgewichtiger Papiere geeignet sind, die sich sehr gut für den Rollenoffset-Druck eignen. Das Vergleichsbeispiel2 beschreibt wiederum entsprechende Streichmassezusammensetzungen ohne die zugegebenen Substanzen, die bei einem pH<6,5 stark kationaktiv werden.
Beispiel9 gibt ein typisches Beispiel für die Herstellung von gestrichenem Papier unter Verwendung der Streichmassen der Beispiele 1 bis 8 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2.

Beispiel 1

Einer unter Zusatz eines Dispergiermittels hergestellten wässrigen Aufschlämmung von 10444 Gew.-Teilen China Clay, die mit Natronlauge auf einen pH-Wert von 8,8 eingestellt wurde, werden 80 Gew.-Teile einer 50%igen Calziumstearatlösung und 1106 Gew.-Teile einer anionaktiven Kunststoffdispersion auf Basis eines acrylsäureesterhaltigen Mischpolymerisats mit einem Feststoffgehalt von 50 Gew.% zugemischt.
857 Gew.-Teile einer 2,3%igen wässrigen Lösung einer tertiären Dimethyl-Hexylammoniumbase werden in die Mischung von Pigment und Kunststoffdispersion eingeführt. Die Streichmasse wird auf einen Feststoffgehalt von 50 Gew.% verdünnt und auf einen pH-Wert von 8,7 eingestellt.

Beispiel 2

Einer Beispiel 1 entsprechenden Mischung von Pigment und Kunststoffdispersion werden 1716 Gew.-Teile der in Beispiel 1 verwendeten Lösung an tertiärer Dimethyl-Hexylammoniumbase zugegeben. Die Streichmasse wird auf 50% Feststoffgehalt verdünnt und ein pH-Wert von 8,4 eingestellt.

Beispiel 3

Entsprechend Beispiel 1 wird eine Streichmasse hergestellt, wobei die in Beispiel 1 verwendete Lösung durch 857 Gew.-Teile einer 2,3%igen wässrigen Lösung einer quaternären TrimethylBenzyl-Ammoniumverbindung ersetzt wird. Die Streichmasse wird auf einen Feststoffgehalt von 50 Gew.% und einen pH-Wert von 8,6 eingestellt.

Beispiel 4

Entsprechend Beispiel 1 wird eine Streichmasse hergestellt, wobei 1287 Gew.-Teile der in Beispiel verwendeten Lösung zugegeben werden. Die Streichmasse wird auf einen Feststoffgehalt von 50 Gew.% und einen ph-Wert von 8,6 eingestellt.

Beispiel 5

Entsprechend Beispiel 4 wird eine Streichmasse hergestellt, deren Feststoffgehalt auf 46 Gew.% eingestellt wird und die einen pH-Wert von 8,2 hat.

Vergleichsbeispiel 1

Entsprechend Beispiel 1 wird eine Streichmasse hergestellt, und auf einen Feststoffgehalt von 50% und einen pH-Wert von 8,5 eingestellt. Im Gegensatz zu den Beispielen 1 bis 5 wird dieser Streichmasse jedoch keine Lösung einer kationaktiven Substanz zugegeben.

Beispiel 6

Unter Zugabe von 9 Gew.-Teilen eines Dispergiermittels 20 Gew.-Teilen 33%iger Natronlauge und 15 Gew.-Teilen Natriumcarbonat wird eine wässrige Aufschlämmung aus 9300 Gew.-Teilen China Clay hergestellt.
Aus 800 Gew.-Teilen Wasser und 200 Gew.-Teilen Kasein wird unter Zugabe von 19 Gew.-Teilen 33%iger Natronlauge und 12 Gew.-Teilen 25%igem Ammoniak eine Lösung hergestellt, die der Pigmentaufschlämmung zugegeben wird.
1440 Gew.-Teile einer anionischen Kunststoffdispersion auf Basis eines Acrylsäureesters und Styrolmischpolymerisates mit einem Feststoffgehalt von 50 Gew.% und 600 Gew.-Teile einer anionischen Kunststoffdispersion auf Basis eines Polyvinylacetatmischpolymerisats mit einem Feststoffgehalt von 45 Gew.% werden nacheinander zugegeben und mit der Mischung aus Pigment und Kasein gut vermischt.
Zum Schluss werden 1515 Gew.-Teile einer 12,5%igen Lösung einer Trimethyl-benzyl-ammoniumverbindung zugemischt und die Streichmasse auf einen Feststoffgehalt von 50% und einen pH-Wert von 8,4 eingestellt.

Beispiel 7

Entsprechend Beispiel 6 wird eine Streichmasse hergestellt, der jedoch anstatt der in Beispiel 6 zugefügten Lösung 1516 Gew.-Teile einer 15,1%igen Lösung der gleichen Substanz wie in Beispiel6 zugefügt werden. Die Streichmasse wird auf einen Feststoffgehalt von 50% und einen pH-Wert von 8,2 eingestellt.

Beispiel 8

Entsprechend Beispiel 6 wird eine Streichmasse hergestellt, der jedoch anstatt der in Beispiel 6 zugegebenen Lösung 1312 Gew.-Teile einer 12,5%igen Lösung der gleichen Substanz wie in Beispiel 6 zugegeben werden. Die Streichmasse wird auf einen Feststoffgehalt von 60% und einen pH-Wert von 9,6 eingestellt.

Vergleichsbeispiel 2

Entsprechend den Rezepturen der Beispiele 6 bis 8 wird eine Streichmasse hergestellt, der jedoch keine Lösung einer kationaktiven Substanz zugegeben ist. Die Streichmasse wird auf einen pH-Wert von 10 und einen Feststoffgehalt von 50% eingestellt.

Beispiel 9

Auf einer Versuchsstreichanlage werden bei einer Maschinengeschwindigkeit von 85 m/min mit einer Rakelstreicheinrichtung die Streichmassen entsprechend den Beispielen 1 bis 4, 6 bis 8 und Vergleichsbeispiel 1 und 2 auf ein leichtgewichtiges, holzhaltiges Streichrohpapier mit einem Flächengewicht von 39 g/m2 und einem Oberflächen-pH von 4,8 einseitig aufgestrichen und wie üblich getrocknet. Das Gewicht des getrockneten Striches beträgt 11 g/m².
Unter gleichen Versuchsbedingungen an der Versuchsstreichanlage wird eine Streichmasse gemäss Beispiel auf ein holzhaltiges Streichrohpapier mit einem Flächengewicht von 35 g/m² und einem Oberflächen-pH von 4,6 aufgetragen und getrocknet, wobei das Gewicht des getrockneten Striches 6,5 g/m² und Seite beträgt. Mit den Streichmassen entsprechend den Beispielen 1 bis 8 wurde während einer zweistündigen Versuchsdauer kein Durchschlagen der Streichmasse beobachtet, während es bei den Versuchen mit den Streichmassen entsprechend Vergleichsbeispielen 1 und 2 zum Durchschlagen von Streichmasse und Belegen der Coaterwalzen kam.
Um eine exakte Beurteilung und Einstufung des Durchschlagverhaltens der beschriebenen Streichmassen gemäss den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 zu ermöglichen, wurde eigens für diesen Zweck eine neuartige Untersuchungsmethode und eine dafür geeignete Prüfvorrichtung entwickelt und damit die einzelnen Streichmassen untersucht. Im wesentlichen werden dabei als Beschichtungsträger geeignete Substrate unter Scherung und Druck mit den Streichmassen beaufschlagt und das Durchschlagverhalten sichtbar gemacht. Die dazu verwendete Prüfvorrichtung ist in den Fig. 1-3 dargestellt. Es zeigen Fig. 1 und 2 schematische Seitenansichten eines Teiles der Vorrichtung. Fig. 3 eine Gesamtansicht der Vorrichtung in perspektivischer Darstellung.
Fig. 1 verdeutlicht dabei in einfacher Weise das Prinzip. Aus der zu untersuchenden Streichmasse wird ein Farbsumpf 17 gebildet: Durch den Druck der Quetschwalzen 4, 5 wird die Streichmasse durch die Prüfbahn 12 gedrückt und erzeugt dabei auf einem Kontrastmaterial 16 mehr oder weniger starke Markierungen. Je grösser und zahlreicher die Markierungen sind, desto mehr neigt die Streichmasse zum Durchschlagen. Als Kontrastmaterial kann ein in seiner Farbe von der Streichmasse abweichendes Papier verwendet werden.
Eine verbesserte und im vorliegenden Fall angewandte Prüfmethode wird aus den Fig. 2 und 3 erkennbar. Dabei ist die Quetschwalze 5 mit einer mitlaufenden Folienbahn 11 aus Polyäthylen abgedeckt. Die Folienbahn verhindert ein Festkleben der Prüfbahn 12 mit der Quetschwalze 5. Als Prüfbahn findet ein LWC-Rohpapier von 38 g/m² Verwendung. Auf die Prüfbahn 12 ist eine Anfangsmarkierung 18 angebracht, die unmittelbar vor der Berührungslinie der beiden Quetschwalzen 4, 5 und über dem Anfang des Kontrastmaterials 16a liegt. Als Kontrastmaterial 16a wird ein schwarzes Papier verwendet, das mit seinem Anfang auf Quetschwalze 4 festgeklebt ist. Die Länge des Kontrastmaterials 16a entspricht dem Umfang der Quetschwalze 4. Die Länge der Prüfbahn 12 ist so gewählt, dass sie dem 6fachen Umfang der Quetschwalze 4 und damit der 6fachen Länge des Kontrastmaterials 16a entspricht. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass die Markierungen auf dem Kontrastpapier in 6fach vervielfältigter Form entstehen. Das Ende der Prüfbahn 12 ist durch eine Klebenaht 14, die gleichzeitig die Endmarkierung darstellt, mit einer für die Streichmasse undurchdringlichen Materialbahn 13 aus Polyäthylenfolie verbunden. Dadurch ist es möglich, die Prüfbahn bis hinter das Ende der Klebenaht 14 durch den Farbsumpf zu führen, ohne dass mehr Markierungen, als der abgemessenen Prüflänge entsprechen, auf dem Kontrastmaterial erscheinen. Die Breite des Kontrastmaterials 16a ist ca. 3 cm geringer als die Breite der Quetschwalzen 4,5.
Zur Erzielung einer einwandfreien Bahnführung wird die Folienbahn 11 und die undurchdringliche Materialbahn 13 von Abwickelrollen 2 und 3 abgewickelt. Die Abwickelrollen 2, sind in auf Gestell 1 angebrachten Lagerböcken 15 gelagert und werden durch Bandbremsen 6 abgebremst. Die Breite der Folienbahn 11 entspricht der Breite des Kontrastmaterials 16a. Unterhalb der Quetschwalze 5 ist die Lenkwalze 9 zur Führung der Folienbahn 11 angeordnet. Zur Aufnahme herabtropfender Streichmasse ist unterhalb der Quetschwalzen 4, 5 die Auffangwanne 10 angebracht. Der Antrieb der Quetschwalzen 4,5 erfolgt über Handkurbel 7 auf die fest gelagerte Quetschwalze 5. Die Quetschwalze 4 ist gegen Quetschwalze 5 anpressbar, wobei der Anpressdruck über den Drehknopf 8 eingestellt werden kann und an einer nicht gezeigten Skala ablesbar ist. Die Quetschwalze 4 wird über ein nicht gezeigtes Zahnradpaar von Quetschwalze 5 angetrieben.

Versuchsdurchführung und Auswertung

Nachdem Walze 4, wie beschrieben, mit Kontrastpapier umwickelt ist, werden die mit der Materialbahn 13 verbundene Prüfbahn 12 und die Folienbahn 11 eingeführt und die Quetschwalzen 4, 5 zusammengepresst. Anschliessend wird aus der Streichmasse ein Farbsumpf 17 gebildet. Durch Betätigung der Handkurbel 7 wird die Prüfbahn 12 in der abgemessenen Länge durch den Farbsumpf geführt. Anschliessend wird das Kontrastmaterial 16a entfernt und mit einer Bewertungsskala verglichen, die aus acht unterschiedlichen Durchschlagstufen besteht.
Mit Stufe 1 ist dabei ein sehr geringes Durchschlagverhalten und mit Stufe 8 ein sehr starkes Durchschlagverhalten gekennzeichnet.
Die Auswertung der in den Beispielen be-
Die Aussagekraft dieses Versuchsergebnisses wird zusätzlich gestützt, wenn Proben der fertigen Papiere nach dem Heliotest-Verfahren untersucht werden. Das Heliotest-Verfahren ist ein in der Papier- und Druckindustrie gebräuchliches Verfahren und wurde entwickelt vom Centre Technique de Industrie des Papiers, Cartons et Celluloses, Grenoble, Frankreich.
Der Heliotest dient der zahlenmässigen Feststellung von «missing dots». Gegenüber den bisher üblichen Streichverfahren ergibt sich dabei eine Verringerung der «missing dots» zwischen 30 und 40%.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier oder Karton, bei dem eine wässrige Streichmasse mit Teilchen mindestens einer wässrigen Kunststoffdispersion und anorganischer Pigmente wie Kreide, Titandioxid, Talkum und Kaolin auf ein Streichrohpapier bzw. einen Streichrohkarton aufgetragen und anschliessend getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Streichrohpapier bzw. einen Streichrohkarton mit einem pH-Wert<6,5 eine Streichmasse aufgetragen wird, deren pH-Wert < 6,5 ist, die Teilchen der Kunststoffdispersion eine nicht kationaktive Ladung tragen und die Streichmasse eine oder mehrere wasserlösliche schwach kationaktive monomere Substanzen aus der Gruppe der tertiären und quaternären Aminoverbindungen enthält, die während der Herstellung und Lagerung der Streichmasse deren Stabilität nicht beeinträchtigt, im pH-Bereich unterhalb 6,5 jedoch stark kationaktiv wird und dass beim Kontakt mit dem sauer eingestellten Papier bzw. Karton die Streichmasse an der Grenzfläche zum Streichrohpapier bzw. Streichrohkarton erstarrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streichrohpapier oder -karton mit einem pH-Wert zwischen 4,5 bis 6,0 verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streichrohpapier oder -karton verwendet wird, dessen pH-Wert durch Zusatz einer Schwefelsäureverbindung des Aluminiums zum Faserstoffbrei auf 4,5 bis 6,0 eingestellt wird. schriebenen Streichmassen ergab dabei die folgenden Werte:

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streichrohpapier oder -karton verwendet wird, bei dem die pH-Wert-Einstellung zusätzlich durch Zugabe von Schwefelsäure erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Streichmasse verwendet wird, deren pH-Wert zwischen 7,5 und 11 liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Streichmasse verwendet wird, die eine Kunststoffdispersion enthält, deren Teilchen eine anionaktive Ladung tragen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Streichmasse verwendet wird, bei der die anionaktive Ladung der Kunststoffdispersion durch anionische Gruppen des Kunststoffmoleküls selbst bewirkt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Streichmasse verwendet wird, bei der die anionaktive Ladung der Kunststoffdispersion durch Stabilisatoren bzw. Emulgatoren bewirkt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Streichmasse verwendet wird, in der die schwach kationaktive Substanz in einer Menge von 2 bis 20 Gewichtsteilen Feststoff, bezogen auf 100 Gewichtsteile Trockensubstanz der Kunststoffdispersion, enthalten ist.

10. Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier und Karton nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Streichmasse mit einem Feststoffgehalt von 30 bis 35 Gewichtsprozent mit einer Luftbürstenstreicheinrichtung einseitig auf ein Streichrohpapier oder -karton in einer solchen Menge aufgetragen und getrocknet wird, dass das Gewicht des getrockneten Striches 10 bis 12 g/m² beträgt.

11. Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Streichmasse, die einen Feststoffgehalt von 45 bis 62 Gew.% aufweist, auf ein holzhaltiges Streichpapier, das ein Flächengewicht von 32-38 g/m² hat, mit einer Rakelstreicheinrichtung beidseitig aufgetragen und getrocknet wird, und dass das Gewicht des getrockneten Striches 6 bis 7 g/m² je Seite beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein holzhaltiges Streichrohpapier mit einem Flächengewicht von 34 bis 36 g/m² verwendet wird.

13. Streichmasse zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Streichmasse auf einen pH-Wert von 8, 1 bis 10,1 eingestellt ist und bei einem Feststoffgehalt von 45 bis 62 Gew.% die folgende Zusammensetzung aufweist:

3-12 Gew.-Teile einer anionaktiven Kunststoffdispersion, gerechnet als Trockengewichtsteile, bis 95 Gew.-Teile anorganische Pigmente, 0,1-5 Gew.-Teile einer oder mehrerer wasserlöslichen schwach kationaktiven monomeren Substanz, aus der Gruppe der tertiären und quaternären Aminoverbindungen gerechnet als Trockengewichtsteile und bis 3Teile sonstige Hilfsstoffe wie Dispergiermittel, Entschäumer und Verdikkungsmittel, wobei sich die angegebenen Mengen auf 100 Trockengewichtsteile ergänzen.