EP0307795A2 - Kationisch eingestellte Pigmentdispersion und Streichfarbe - Google Patents

Kationisch eingestellte Pigmentdispersion und Streichfarbe Download PDF

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EP0307795A2
EP0307795A2 EP19880114669 EP88114669A EP0307795A2 EP 0307795 A2 EP0307795 A2 EP 0307795A2 EP 19880114669 EP19880114669 EP 19880114669 EP 88114669 A EP88114669 A EP 88114669A EP 0307795 A2 EP0307795 A2 EP 0307795A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cationic
pigment
polymer
coating
degraded
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19880114669
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0307795A3 (de
Inventor
Josef Weigl
Hans-Peter Hofmann
Axel Dr. Von Raven
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MD Papier GmbH and Co KG
Original Assignee
MD Papier GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MD Papier GmbH and Co KG filed Critical MD Papier GmbH and Co KG
Publication of EP0307795A2 publication Critical patent/EP0307795A2/de
Publication of EP0307795A3 publication Critical patent/EP0307795A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/36—Coatings with pigments
    • D21H19/44—Coatings with pigments characterised by the other ingredients, e.g. the binder or dispersing agent

Definitions

  • the invention relates to cationically adjusted pigment dispersions and coating colors for paper coating.
  • the coating pigments used to produce coating colors which are supplied in the dry state, generally have an anionic interfacial charge, and the pigment particles are usually in the form of agglomerates or coarse-particle aggregates, which are disadvantageous both in terms of the processing of the coating color and on the coating quality impact.
  • the individual particles should be used as primary particles, i.e. deflocculated, present.
  • a combined application of suitable dispersing devices and the use of chemical auxiliaries is required to disperse the agglomerates.
  • Optimal dispersion ensures that the attractive forces between the particles are eliminated or counteracted, so that the pigment particles do not re-agglomerate after the dispersion has been produced.
  • the most common inorganic and organic dispersants used in the paper industry are almost exclusively polyanionic (e.g. polyphosphates and polyacrylates). These dispersants break up the pigment agglomerates into primary particles, which improves the optical properties of the papers coated with the coating colors, since finer particles give better paper and printing gloss.
  • the dispersion also enables pigment slurries and thus coating colors with a high solid are obtained which do not tend to flocculate prematurely even at elevated storage and processing temperatures.
  • the anionic dispersants have a number of disadvantages.
  • the negative effects of the anionic dispersants can be remedied to a certain extent by reducing the charge with appropriate binders (eg binders rich in carboxyl groups) and by adding low molecular weight cationic auxiliaries, so-called immobilizing agents.
  • appropriate binders eg binders rich in carboxyl groups
  • low molecular weight cationic auxiliaries so-called immobilizing agents.
  • the anionic dispersants interact undesirably with the cationic auxiliaries, which leads to an increase in need for cationic aids.
  • the resulting coacervate acts as a contaminant in the papermaking process.
  • a coating color in a weakly acidic medium has the advantage that low dispersant amounts are sufficient for pigment dispersion, owing to the good dispersing action of the protons.
  • a broader range of binders can be used in the weakly acidic medium, e.g. Amphoteric binders and binders based on proteins, which are also cationic in the weakly acidic range.
  • the acidic mode of operation is not possible with CaCO3, due to the decomposition of the carbonate.
  • the object of the present invention was to provide cationically adjusted pigment dispersions or coating colors in which pigments are used, their use in the required high concentration because of their high viscosity in aqueous dispersion hitherto was impossible.
  • the calcium sulfate can be present as anhydrous calcium sulfate, as a hemihydrate or as a dihydrate.
  • the aluminum hydroxide can be present with a cationic surface or, due to grinding aids, with an anionic surface.
  • Talc is generally difficult to disperse without wetting agents.
  • the pigment components mentioned can also be blended with other pigments, such as kaolin and / or calcium carbonate, the blended pigments also being able to predominate.
  • Aqueous dispersions of the starting pigments used according to the invention have very high viscosities even at relatively low solids contents if they are dispersed in a conventional manner.
  • Brookfield viscosities of approximately 50% dispersions are between approximately 5000 and 8000 mPa.s (spindle 5 at 50 rpm).
  • the pigment dispersions according to the invention are notable for low viscosities, even at high solids contents.
  • the pigment dispersions according to the invention can be stored in their cationic form.
  • the proportions of expensive transshipment agents can be kept significantly lower.
  • the protective colloids also have water-retentive properties and good pigment-binding properties. This water-retentive effect is particularly important for coating color processing on high-speed coating machines, since under the high hydrodynamic loads in coating dosage and leveling, the coating ink loses mobilizing water, binding agents and auxiliaries to the base paper when water retention is poor, which means that strong processing and Final quality problems, as described above, occur.
  • the pigment dispersions according to the invention are preferably characterized in that the cationized polymer (c) has been obtained in situ by cationization of the pigment particles (a) coated with the hydrophilic starting polymers.
  • the dispersant used as component (b) is preferably an oligomeric or polymeric quaternary ammonium compound. Compared to low molecular weight quaternary ammonium compounds with a low charge density, such compounds have the advantage that the charge reversal takes place more quickly with lower addition amounts and a positive zeta potential is achieved.
  • the cationic polymer is preferably obtained by reacting the hydrophilic starting polymers with nitrogen-containing compounds and quaternizing the reaction products.
  • a particular advantage of the present invention is that the pigment dispersions can also be used at a weakly acidic pH. This has the advantage that the amount of dispersant (b) can be reduced or coating colors with higher solids contents can be achieved.
  • the protective colloids (c) are preferably cationized by reacting the hydrophilic starting polymers with nitrogen-containing compounds and quaternizing the reaction products or by reacting with a cationic polymer or copolymer from the group of the melamine-formaldehyde resins, epichlorohydrin resins, dicyandiamide resins, quaternary acrylates, the polymeric diallyl compounds or of the polymeric guanidine compounds.
  • These cationic polymers are also preferably used for the cationic polymer (b).
  • the protective colloid (c) can also be cationized from the outset. These compounds include, for example, proteins at a weakly acidic pH.
  • the protective colloid is preferably a reaction product of one or more hydrophilic starting polymers with an originally anionic character from the group of Polyacrylates and methacrylates, degraded starches or degraded modified starches, degraded galactomannans, degraded modified galactomannans, methyl celluloses, hydroxymethyl celluloses, carboxymethyl celluloses, degraded alginates and one or more cationic polymers or copolymers from the group of the melamine-formaldehyde resins, epichlorohydrin resins, polymeric epichlorohydrin compounds, polymeric compounds and dicyandiamide resins.
  • Polyvinyl alcohols are non-ionic compounds from which cationized protective colloids can also be produced.
  • the cationized protective colloid (c) can also be the reaction product of one or more of the above-mentioned substances with originally anionic character and a quaternary ammonium compound of the general formula HN+R3X ⁇ wherein R is an alkyl group with up to 20 carbon atoms and X ⁇ is an anion, in particular a chloride ion.
  • the cationic polymer or copolymer (b) used according to the invention is preferably a poly (diallyldimethylammonium chloride) and preferably has a molecular weight corresponding to a viscosity of 500 to 1500 mPa.s (Brookfield viscosity at 15% solids content, 20 rpm and room temperature).
  • the cationic polymer or copolymer (b) is preferably a polymeric quaternary ammonium compound according to one of the following structure types: where x is 1 to 3.
  • the cationic polymer or copolymer (b) is a poly (diallylammonium chloride) or a poly (3,5-methylene-piperidinium chloride), the nitrogen atoms optionally being substituted by lower alkyl groups.
  • the invention further relates to a method for producing a cationically adjusted pigment dispersion, as described above; This process is characterized in that an aqueous suspension of the pigment particles (a) which are optionally coated with the cationized polymer (c) is dispersed with the cationic polymer (b).
  • the procedure is such that the pigment particles (a) are coated with the cationized polymer (c) before dispersing until the zeta potential of the dispersion containing the coated pigment particles (a) has a value at the isoelectric point or in has reached the cationic range. It is therefore favorable that the pigment particles are first coated with the cationized protective colloid (c) before they are dispersed with the dispersing and transfer agent (b).
  • the pigment component (a) can also be coated with the hydrophilic starting polymer and cationized in situ with the cationic polymer or with the quaternary ammonium compound (b).
  • the invention further relates to a coating color for paper coating, a pigment dispersion as described above, and (d) a binder or mixture of binders for connecting the dispersed and optionally coated with the cationized polymer (c) pigment particles (a) to one another and to one another of the paper surface.
  • the binder or binder mixture (d) is preferably also cationic or amphoteric in the neutral or alkaline range.
  • amphoteric binders are generally only used for coating colors with a weakly acidic pH.
  • the amount of the binder (d) can be kept relatively low if the protective colloid (c) is used since it has a co-binder function.
  • Preferred synthetic binders (d) are styrene-butadiene or styrene-acrylate copolymers with functional cationic groups and / or cationic polyvinyl acetates, cationic polyvinyl alcohols or their copolymers.
  • the binder (d) can be selected from the group of degraded and native galactomannans, starches, methyl celluloses, hydroxymethyl celluloses, carboxymethyl celluloses, alginates, proteins and polyvinyl alcohols and contain cationic groups. Proteins are particularly suitable for the weakly acidic area because of their amphoteric nature they have a cationic charge from the outset. The isoelectric point is included pH 5 to 6. If proteins are used in the alkaline range, they should be slightly cationized (eg by coacervate formation or by real cationization).
  • starch If starch is used, it should be cationized for both the acidic and the alkaline range.
  • the binders also affect the water retention of the coating color.
  • the coating color according to the invention can further contain, as auxiliaries, cationic or nonionic thickeners (e.g. galactomannans or synthetic thickeners), and / or water retention aids.
  • the coating color may also contain auxiliaries, such as lubricants (e.g. fatty acid derivatives, waxes or paraffins in emulsion form), optical brighteners (e.g. stilbene derivatives) and / or wet strength agents (e.g. cationic or nonionic resins).
  • a preferred coating color contains the components, based on 100 parts by weight of dry pigment (a) in the following parts by weight: Gravure printing Offset / letterpress (c) protective colloids 0.1-6.0 0.1 - 6.0 (b) dispersant 0.0-3.0 0.0 - 3.0 (d) Natural binder 0.0-10.0 1.0 - 20.0 (e) Synthetic binder 1.0-7.0 1.0 - 15.0 (f) Aids as indicated above 0.2-4.0 0.2 - 5.0 (g) wet strength agent 0.0-3.0 0.0 - 5.0
  • the coating slip according to the invention is preferably prepared by placing the pigment dispersion according to the invention in a suitable mixing unit, adding the dilution water required for the desired final solids content of the coating slip and, if the mixing intensity is high, adding the natural binder, if appropriate dissolved in a separate operation, and / or subsequently adding the synthetic binder .
  • the binders if necessary, the thickener and the water retention aid and then the other auxiliaries, such as lubricants and, if necessary, optical brighteners, and finally the wet strength agent are added.
  • the order given has proven particularly useful for the production of an agglomerate-free, easy-to-process coating color.
  • the coating color according to the invention has good adhesion to the normally negatively charged paper fiber. This property can be used by using excess coating color, e.g. when changing the paper type, which adds paper pulp as a filler.
  • the cationic coating slip according to the invention can safely enter the paper machine cycle since the interaction with the cationic auxiliaries does not occur or wastewater problems are avoided in this way.
  • the coating colors according to the invention when added to the paper pulp as fillers, have the side effect that they are also used in the pulping of wood for the production of paper bind resulting anionic degradation products, such as dextrins, lignins, hemicellulose, etc.
  • the anionic impurities are adsorbed on the cationic pigment interface and discharged with the paper, so that the wastewater pollution is also lower in this regard.
  • This adsorption improves the base paper properties such as opacity, strength, porosity, etc.
  • the talc was mixed with water and the PVA solution (hydrophilic starting polymer) and mixed thoroughly. Then the dispersant solution (b) was added, whereby the initially anionic pigment was reloaded.
  • the dispersion obtained had the following properties: Ex. 1 Ex. 2 Solids content (% by weight) 58.3 49.8 PH value 8, 2 8.6 Brookfield viscosity at 50 rpm, spindle 5, room temperature mPa.s 880 48 Brookfield viscosity at 100 rpm, spindle 5, room temperature mPa.s 600 60 Zeta potential (mV) +87 +63
  • a dispersion with untreated talc had the following properties: Solids content 49.2% by weight pH 8.6 Brookfield viscosity at 50 rpm, spindle 5, room temperature 6600 mPa.s Brookfield viscosity at 100 rpm, spindle 5, room temperature 3900 mPa.s Zeta potential -22 mV
  • the dispersions according to the invention therefore had a significantly lower viscosity than the comparative dispersion despite a higher solids content or with practically the same solids content.
  • the talc was mixed thoroughly with water. Then the dispersant solution (b) was added, whereby the initially anionic pigment was reloaded.
  • the dispersion obtained had the following properties: Solids content 64.4% by weight pH 7.9 Brookfield viscosity at 50 RPM, spindle 4, room temperature 620 mPa.s Brookfield viscosity at 100 RPM, spindle 4, room temperature 510 mPa.s Zeta potential +96 mV
  • the gypsum was mixed with water and the phosphated starch solution (hydrophilic starting polymer) and mixed thoroughly. Then the dispersant solution (b) was added, whereby the initially anionic pigment was reloaded.
  • the dispersion obtained had the following properties: Solids content 66.6% by weight pH 6.6 Brookfield viscosity at 50 RPM, spindle 5, room temperature 1040 mPa.s Brookfield viscosity at 100 rpm, spindle 5, room temperature 760 mPa.s Zeta potential + 8 mV
  • a dispersion with untreated gypsum had the following properties: Solids content 57.0% by weight pH 7.5 Brookfield viscosity at 50 RPM, spindle 6, room temperature 8000 mPa.s Brookfield viscosity at 100 rpm, spindle 6, room temperature 4300 mPa.s Zeta potential -26 mV
  • the dispersion according to the invention therefore had a significantly lower viscosity than the comparative dispersion.
  • the dispersant solution (b) was added to the PVA solution (hydrophilic starting polymer) and mixed thoroughly, whereby the PVA was cationized. Then the aluminum hydroxide was added.
  • the dispersion obtained had the following properties: Solids content 67.4% by weight pH 9.5 Brookfield viscosity at 50 rpm, spindle 5, room temperature 2520 mPa.s Brookfield viscosity at 100 rpm, spindle 5, room temperature 1500 mPa.s Zeta potential +67 mV.
  • a dispersion with untreated aluminum hydroxide had the following properties: Solids content 48.7% by weight pH 9.4 Brookfield viscosity at 50 rpm, spindle 5, room temperature 4500 mPa.s Brookfield viscosity at 100 rpm, spindle 5, room temperature 2750 mPa.s Zeta potential +68 mV.
  • the dispersion according to the invention therefore had a significantly lower viscosity than the comparison dispersion.
  • the reduction in viscosity which apparently has nothing to do with a change in the zeta potential, is probably due to the fact that the agglomerates of the very finely divided pigment components are broken up by the cationized protective colloid.
  • the cationic pigment dispersion according to Example 5 was with a cationic kaolin dispersion (extender pigment) of the following composition Water 135 g Kaolin (90% ⁇ 2 ⁇ m) 306 g 21% PVA solution 60 g 45% solution of poly (diallyldimethylammonium chloride) 13 g mixed in such an amount that the weight ratio between aluminum hydroxide and kaolin was 15:85.
  • the mixed dispersion obtained had the following properties: Solids content 62.0% by weight pH 7.0 Brookfield viscosity at 50 RPM, spindle 5 room temperature 1920 mPa.s Brookfield viscosity at 100 rpm spindle 5, room temperature 1050 mPa.s Zeta potential + 58 mV.
  • the viscosity of the mixed dispersion remained unchanged even after a long storage period.
  • Coating colors were prepared with the pigment dispersions according to Examples 1, 4 and 6, the composition of which is given in the table below.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Abstract

Eine kationisch eingestellte Pigmentdispersion, die insbesondere zur Herstellung von Streichfarben zur Papierbeschichtung geeignet ist, enthält (a) eine Calciumsulfat, Talkum und/oder Aluminiumhydroxid als Hauptbestandteil oder Verschnittkomponente enthaltende oder daraus bestehende Pigmentkomponente; b) ein kationisches Polymer oder eine quaternäre Ammoniumverbindung als Dispergiermittel; und/oder c) ein die Teilchen der Pigmentkomponente (a) als Schutzkolloid umhüllendes kationisiertes Polymer, das aus hydrophilen Polyacrylaten oder -methacrylaten, abgebauten Stärken oder abgebauten modifizierten Stärken, abgebauten Galaktomannanen oder abgebauten modifizierten Galaktomannanen, Methylcellulosen, Hydroxymethylcellulosen, Carboxymethylcellulosen, abgebauten Alginaten, Proteinen und/oder Polyvinylalkohol erhalten worden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft kationisch eingestellte Pigment­dispersionen sowie Streichfarben für die Papierbeschichtung.
  • Die zur Herstellung von Streichfarben verwendeten Streich­pigmente, die im trockenen Zustand angeliefert werden, haben in der Regel eine anionische Grenzflächenladung, und die Pigment­teilchen liegen gewöhnlich als Agglomerate bzw. grobteilige Aggregate vor, die sich sowohl auf die Verarbeitung der Streich­farbe als auch auf die Strichqualität nachteilig auswirken. Für eine optimale Anwendung der Füllstoffe und Streichpigmente bei der Papierherstellung und -veredelung sollen die einzelnen Teilchen als Primärteilchen, d.h. entflockt, vorliegen.
  • Zur Dispergierung der Agglomerate ist eine kombinierte Anwendung von geeigneten Dispergiergeräten und der Einsatz von chemischen Hilfsmnitteln erforderlich. Eine optimale Dispergierung stellt sicher, daß die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen eliminiert werden oder diesen entgegengewirkt wird, so daß eine Reagglome­ration der Pigmentteilchen nach der Herstellung der Dispersion verhindert wird.
  • Die gebräuchlichsten anorganischen und organischen Dispergier­mittel, die in der Papierindustries eingesetzt werden, sind fast ausschließlich polyanionisch (z.B. Polyphosphate und Poly­acrylate). Durch diese Dispergiermittel werden die Pigment­agglomerate zu Primärteilchen aufgebrochen, wodurch die optischen Eigenschaften der mit den Streichfarben gestrichenen Papiere ver­bessert werden, da feinere Teilchen einen besseren Papier- und Druckglanz geben. Auch können durch die Dispergierung Pigmentslurries und somit Streichfarben mit einem hohen Fest­ stoffgehalt erhalten werden, die auch bei erhöhter Lager- und Verarbeitungstemperatur nicht zum vorzeitigen Ausflocken neigen. Die anionischen Dispergiermittel haben jedoch eine Reihe von Nachteilen.
  • Bei der Anlagerung von Dispergiermittel an die Pigmentteilchen werden diese in ihrer negativen Ladung verstärkt, wodurch eine Verringerung der Adsorption der üblicherweise verwendeten anionischen Bindemittel (z.B. Stärke, Acrylsäureester, Styrol-Butadien-Latex, Polyvinylacetate, Polyvinylalkohol) an den Pigmentteilchen eintritt. Ferner tritt eine verstärkte Binde­mittelwanderung in das Basispapier sowie an die Strichoberfläche auf.
  • Weiterhin ergibt sich eine Erniedrigung des Sedimentvolumens der Streichfarbe und damit geringeres Strichvolumen und eine schlechtere Faserabdeckung.
  • Schließlich können Beeinträchtigungen der Produktion durch ungewollte Wechselwirkungen mit kationischen Hilfsmitteln bei der Papierherstellung, insbesondere Ausflockungen, auftreten, wenn die Streichfarben bzw. der gestrichene Ausschuß in den Papier­herstellungsprozeß zurückgeführt werden.
  • Die negativen Auswirkungen der anionischen Dispergiermittel können in einem gewissen Grad durch eine Ladungsreduzierung mit entsprechenden Bindemitteln (z.B. carboxylgruppenreiche Bindemittel) und durch den Zusatz von niedermolekularen kationischen Hilfsmitteln, sogenannten Immobilisierungsmitteln, behoben werden. Problematisch ist jedoch immer noch die Produktionsbeeinträchtigung durch verschiedene anionische Disper­giermittel, die über den Streichausschuß bzw. die Streichfarben­rückführung in den Papierherstellungsprozeß gelangen. Die anionischen Dispergiermittel treten in ungewollte Wechsel wirkung mit den kationischen Hilfsmitteln, wodurch ein Mehrver­ brauch an kationischen Hilfsmitteln erforderlich wird. Außerdem wirkt das entstandene Koazervat (Wechselwirkungsprodukt) als Störstoff bei dem Papierherstellungsprozeß.
  • Zur Behebung dieser Nachteile wurde bereits ein theoretisches Konzept entwickelt, das auf dem Gedanken beruht, Streichfarben für die Papierbeschichtung kationisch einzustellen.
  • Dieses Konzept, das in Verbindung mit einigen Vorversuchen im "Wochenblatt für Papierfabrikation" 6 (1984), Seiten 176 bis 183 beschrieben ist, beruht darauf, Pigmente in einem kationischen Dispergiermittel zu dispergieren und auf diese Weise ein kationisiertes Pigment zu erzeugen und die so herge­stellte Dispersion mit einem kationischen Bindemittel zu einer Streichfarbe zu verarbeiten. Als kationische Dispergiermittel wurden quaternäre Ammoniumverbindungen, Polyamino-Amid-Fettsäure­verbindungen und stark abgebaute niedermolekulare kationische Galaktomannane vorgeschlagen. Als Pigmente, die mit Hilfe dieser Dispergiermittel dispergiert wurden, wurden Kaolin und Calcium­carbonat vorgeschlagen. Die so behandelten Pigmente wurden dann in Form einer wäßrigen Aufschlämmung mit einer gewissen Menge kationischer synthetischer Bindemittel zu einer Streichfarbe verarbeitet.
  • Bei diesen Untersuchungen zeigte sich insbesondere, daß nur durch trockenes CaCO₃ die gewünschten Feststoffgehalte - die heute bei der Verarbeitung in der Streichfarbe notwendig sind - erreichbar sind, jedoch nicht mit Kaolin oder anderen Streichpigmenten, und daß auch bei CaCO₃ sehr hohe kationische Dispergiermittelmengen notwendig sind, um diese Feststoffgehalte zu erzielen. Die mit diesen Pigmentdispersionen hergestellten kationisch eingestellten Streichfarben hatten im Vergleich zu anionisch eingestellten Streichfarben ein niedriges Wasserreten­tionsvermögen und dadurch schlechtere Laufeigenschaften.
  • Aufgrund ihrer hohen Viskositäten zeigten sie bereits mit einer langsam laufenden Laborstreichmaschine Laufschwierigkeiten, die sich bei der Übertragung auf die Praxis noch verstärkten. Auch bei der Slurryaufbereitung und -Lagerung traten infolge der hohen Viskositätswerte Probleme, z.B. eine hohe Scherempfindlichkeit (Reagglomeration) und eine schlechte Siebbarkeit auf. Bei der Lagerung wurde eine deutliche Erhöhung der Viskositätswerte fest­gestellt. Bei der Streichfarbenverarbeitung wurden eine Streichfarbeneindickung im Arbeitskreislauf sowie hohe thixotrope Fließeigenschaften beobachtet, wodurch aufgrund schlechter Farbrückspieleigenschaften das Papier streifig und die Strichverteilung ungleichmäßig wurde. Ferner traten Endqualitätsprobleme infolge von Strichgewichtsunterschieden über die Papierbahnbreite, schlechtem "coating hold out" und lappiger Papierqualität auf, die bei einem Praxisdruckversuch zu Passerschwierigkeiten und Auslageschwierigkeiten (umgelegte Papierkanten) führten. Auch die Naßrupffestigkeit und Offset-­Bedruckbarkeiten waren schlecht.
  • Schließlich war es nicht möglich, in schwach saurem Medium zu arbeiten, da die Pigmentdispersion bzw. die Streichfarbe eine Tendenz zum Ausflocken der Pigmentteilchen zeigte.
  • Eine Streichfarbe in schwach saurem Medium hat aber den Vorteil, daß man mit niedrigen Dispergiermittelmengen bei der Pigment­dispergierung auskommt, aufgrund der guten Dispergierwirkung der Protonen. Weiterhin kann im schwach sauren Medium eine breitere Palette von Bindemitteln eingesetzt werden, wie z.B. amphotere Binder und Bindemittel auf Proteinbasis, die im schwach sauren Bereich ebenfalls kationisch vorliegen. Die saure Fahrweise ist dagegen mit CaCO₃ nicht möglich, aufgrund der Zersetzung des Carbonats.
  • Andere Streichpigmente konnten bisher nicht so kationisch dispergiert werden, daß bei der Streicherei die gewünschten Feststoffgehalte eingestellt werden konnten.
  • Ausgehend von diesen Nachteilen der bekannten kationisch eingestellten Streichfarben, lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, kationisch eingestellte Pigmentdispersionen bzw. Streichfarben zur Verfügung zu stellen, in welchen Pigmente eingesetzt werden, deren Verwendung in der erforderlichen hohen Konzentration wegen ihrer hohen Viskosität in wäßriger Dis­persion bisher unmöglich war.
  • Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß mit Hilfe von Pigmentdispersionen lösen, die gekennzeichnet sind durch
    • (a) eine Calciumsulfat, Talkum und/oder Aluminiumhydroxid als Hauptbestandteil oder Verschnittkomponente enthaltende oder daraus bestehende Pigmentkomponente;
    • b) ein kationisches Polymer oder eine quaternäre Ammonium­verbindung als Dispergiermittel; und/oder
    • c) ein die Teilchen der Pigmentkomponente (a) als Schutzkolloid umhüllendes kationisiertes Polymer, das aus hydrophilen Poly­acrylaten oder -methacrylaten, abgebauten Stärken oder abgebauten modifizierten Stärken, abgebauten Galaktomannanen oder abgebauten modifizierten Galaktomannanen, Methylcellulosen, Hydroxymethylcellulosen, Carboxymethylcellulosen, abgebauten Alginaten, Proteinen und/oder Polyvinylalkohol erhalten worden ist.
  • Das Calciumsulfat kann erfindungsgemäß als wasserfreies Calciumsulfat, als Halbhydrat oder als Dihydrat vorliegen. Das Aluminiumhydroxid kann mit kationischer Oberfläche oder aber auch, bedingt durch Mahlhilfsmittel, mit anionischer Oberfläche vorliegen. Das Talkum ist im allgemeinen ohne Netzmittel schwer dispergierbar. Die genannten Pigmentkomponenten können erfin­dungsgemäß auch mit anderen Pigmenten, wie Kaolin und/oder Calcium­carbonat verschnitten sein, wobei die Verschnittpigmente auch überwiegen können.
  • Wäßrige Dispersionen der erfindungsgemäß verwendeten Ausgangspigmente haben auch bei verhältnismäßig niedrigen Fest­stoffgehalten sehr hohe Viskositäten, wenn sie auf herkömmliche Weise dispergiert werden. Beispielsweise liegen die Brookfield-­Viskositäten von ca. 50 %igen Dispersionen zwischen etwa 5000 und 8000 mPa.s (Spindel 5 mit 50 Upm).
  • Bei Calciumsulfat bewirkt die hohe Löslichkeit (etwa 2 g /Liter bei Raumtempertur) unkontrollierte Flockungen mit anderen Verschnittpigmenten. Außerdem wird die Dispergierwirkung von herkömmlichen Dispergiermitteln aufgehoben.
  • Die erfindungsgemäßen Pigmentdispersionen zeichnen sich durch niedrige Viskositäten auch bei hohen Feststoffgehalten aus.
  • Die erfindungsgemäßen Pigmentdispersionen sind in ihrer kationischen Form lagerfähig. Durch die Verwendung der Schutz­kolloide (c) können die Anteile an teuren Umladungsmitteln deutlich niedriger gehalten werden. Ferner haben die Schutzkolloide wasserretendierende Eigenschaften sowie gute Pigmentabbindungs-Eigenschaften. Dieser wasserretendierende Effekt ist vor allem bei der Streichfarbenverarbeitung an schnell laufenden Streichmaschinen wichtig, da unter den hohen hydrodynamischen Belastungen bei der Streichfarbendosierung und -Egalisierung die Streichfarbe bei schlechter Wasserretention mobilisierend wirkendes Wasser, Binde- und Hilfsmittel an das Rohpapier verliert, wodurch starke Verarbeitungs- und Endqualitätsprobleme, wie sie vorstehend geschildert wurden, auftreten.
  • Die erfindunsgemäßen Pigmentdispersionen sind vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß das kationisierte Polymer (c) in situ durch Kationisierung der mit den hydrophilen Ausgangs­polymeren umhüllten Pigmentteilchen (a) erhalten worden ist. Durch diese Maßnahme wird die Herstellung der kationisierten Pigmentdispersionen vereinfacht, weil die externe Kationisierung des Schutzkolloids entfällt.
  • Das als Komponente (b) verwendete Dispergiermittel ist vorzugs­weise eine oligomere oder polymere quaternäre Ammonium­verbindung. Derartige Verbindungen haben gegenüber nieder­molekularen quaternären Ammoniumverbindungen mit niedriger Ladungsdichte den Vorteil, daß die Umladung bei geringeren Zugabemengen schneller erfolgt und ein positives Zeta-Potential erreicht wird.
  • Das kationische Polymer wird vorzugsweise durch Umsetzung der hydrophilen Ausgangspolymeren mit stickstoffhaltigen Verbindungen und Quaternisierung der Umsetzungsprodukte erhalten.
  • Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Pigmentdispersionen auch bei schwach saurem pH-Wert verwendet werden können. Dies hat den Vorteil, daß die Menge des Dispergiermittels (b) herabgesetzt werden kann bzw. Streich­farben mit höheren Feststoffgehalten erzielt werden können.
  • Die Kationisierung der Schutzkolloide (c) erfolgt vorzugsweise durch Umsetzung der hydrophilen Ausgangspolymeren mit stickstoffhaltigen Verbindungen und Quaternisierung der Umsetzungsprodukte bzw. durch Umsetzung mit einem kationischen Polymer oder Copolymer aus der Gruppe der Melamin-Formalde­hydharze, Epichlorhydrinharze, Dicyandiamidharze, quaternären Acrylate, der polymeren Diallylverbindungen oder der polymeren Guanidinverbindungen. Diese kationischen Polymeren werden auch bevorzugt für das kationische Polymer (b) eingesetzt.
  • Das Schutzkolloid (c) kann auch von vornherein kationisiert sein. Zu diesen Verbindungen zählen z.B. Proteine bei schwach saurem pH-Wert. Vorzugsweise ist das Schutzkolloid jedoch ein Umsetzungs­produkt aus einer oder mehreren hydrophilen Ausgangspolymeren mit ursprünglich anionischem Charakter aus der Gruppe der Polyacrylate und -methacrylate, abgebauten Stärken oder abgebauten modifizierten Stärken, abgebauten Galaktomannanen, abgebauten modifizierten Galaktomannanen, Methylcellulosen, Hydroxymethylcellulosen, Carboxymethylcellulosen, abgebauten Alginaten und einem oder mehreren kationischen Polymeren oder Copolymeren aus der Gruppe der Melamin-Formaldehydharze, Epichlorhydrinharze, polymeren Diallylverbindungen, polymeren Guanidinverbindungen und Dicyandiamidharzen. Bei Polyvinylalkoholen handelt es sich um nichtionogene Verbindungen, aus denen ebenfalls kationisierte Schutzkolloide hergestellt werden können.
  • Das kationisierte Schutzkolloid (c) kann auch das Umsetzungs­produkt aus einer oder mehreren der vorstehend angegebenen Substanzen mit ursprünglich anionischem Charakter und einer quaternären Ammoniumverbindung der allgemeinen Formel

    HN⁺R₃X⁻

    worin R eine Alkylgruppe mit bis zu 20 C-Atomen und X⁻ ein Anion, insbesondere ein Chloridion, bedeuten.
  • Das erfindungsgemäß verwendete kationische Polymer bzw. Copoly­mer (b) ist vorzugsweise ein Poly-(Diallyldimethylammoniumchlorid) und hat vorzugsweise ein Molekulargewicht entsprechend einer Viskosität von 500 bis 1500 mPa.s (Brookfield-Viskosität bei 15 % Feststoffgehalt, 20 UPM und Raumtemperatur).
  • Vorzugsweise stellt das kationische Polymer bzw. Copolymer (b) eine polymere quaternäre Ammoniumverbindung nach einem der folgenden Strukturtypen dar:
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
     worin x 1 bis 3 bedeutet.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform stellt das kationische Polymer oder Copolymer (b) ein Poly-(diallyl­ammoniumchlorid) oder ein Poly-(3,5-methylen-piperidinium­chlorid) dar, wobei die Stickstoffatome gegebenenfalls durch niedere Alkylgruppen substituiert sind.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer kationisch eingestellten Pigmentdispersion, wie sie vorstehend beschrieben ist; dieses Verfahren ist dadurch gekenn­zeichnet, daß man eine wäßrige Suspension der gegebenenfalls mit dem kationisierten Polymer (c) umhüllten Pigmentteilchen (a) mit dem kationischen Polymer (b) dispergiert.
  • Vorzugsweise geht man hierbei so vor, daß man die Pigmentteilchen (a) vor dem Dispergieren so weit mit dem kationisierten Polymer (c) umhüllt, bis das Zeta-Potential der die umhüllten Pigmentteilchen (a) enthaltenden Dispersion einen Wert am isoelektrischen Punkt bzw. im kationischen Bereich erreicht hat. Es ist also günstig, daß die Pigmentteilchen zunächst mit dem kationisierten Schutzkolloid (c) umhüllt werden, bevor sie mit dem Dispergier- und Umladungsmittel (b) dispergiert werden.
  • Man kann aber auch die Pigmentkomponente (a) mit dem hydrophilen Ausgangspolymer umhüllen und in situ mit dem kationischen Poly­mer oder mit der quaternären Ammoniumverbindung (b) kationisieren.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Streichfarbe für die Papierbeschichtung, die eine Pigmentdispersion, wie sie vorstehend beschrieben ist, und (d) ein Bindemittel oder Binde­mittelgemisch zum Verbinden der dispergierten und gegebenenfalls mit dem kationisierten Polymer (c) umhüllten Pigmentteilchen (a) untereinander und mit der Papieroberfläche enthält. Vorzugsweise ist das Bindemittel bzw. Bindemittelgemisch (d) auch im neutralen bzw. alkalischen Bereich kationisch oder amphoter. Amphotere Bindemittel werden im allgemeinen jedoch nur bei Streichfarben mit schwach saurem pH-Wert verwendet.
  • Erfindungsgemäß kann die Menge des Bindemittels (d) relativ niedrig gehalten werden, wenn das Schutzkolloid (c) verwendet wird da dieses eine Co-Bindemittelfunktion hat.
  • Bevorzugte synthetische Bindemittel (d) sind Styrol-Butadien-­oder Styrol-Acrylat-Copolymere mit funktionellen kationischen Gruppen und/oder kationische Polyvinylacetate, kationische Polyvinylalkohole bzw. deren Copolymere.
  • Ferner kann das Bindemittel (d) aus der Gruppe der abgebauten und nativen Galaktomannane, Stärken, Methylcellulosen, Hydroxymethyl­cellulosen, Carboxymethylcellulosen, Alginate, Proteine und Polyvinylalkohole ausgewählt sein und kationische Gruppen ent­halten. Proteine sind besonders für den schwach sauren Bereich geeignet, da sie wegen ihrer amphoteren Natur von vornherein eine kationische Ladung haben. Der isoelektrische Punkt liegt bei einem pH-Wert von 5 bis 6. Werden Proteine im alkalischen Bereich verwendet, so sollten sie leicht kationisiert sein (z.B. durch Koazervatbildung oder durch echte Kationisierung).
  • Bei Verwendung von Stärke soll diese sowohl für den sauren als auch für den alkalischen Bereich kationisiert vorliegen. Die Bindemittel beeinflussen auch die Wasserretention der Streich­farbe.
  • Es hat sich gezeigt, daß synthetische Bindemittel, die nur über das Emulgatorsystem kationisiert waren, also in ihrem eigenen Gerüst noch anionisch waren, für die genannten kationischen Streichfarben weniger geeignet sind.
  • Die erfindungsgemäße Streichfarbe kann ferner als Hilfsmittel kationische oder nicht ionogene Verdickungsmittel (z.B. Galakto­mannane oder synthetische Verdickungsmittel), und/oder Wasserretentionshilfs mittel enthalten. Ferner kann die Streichfarbe Hilfsmittel, wie Gleitmittel (z.B. Fettsäurederi­vate, Wachse oder Paraffine in Emulsionsform), optische Aufheller (z.B. Stilben-Derivate) und/oder Naßverfestigungsmittel (z.B. kationische oder nichtionogene Harze) enthalten.
  • Eine bevorzugte Streichfarbe enthält die Komponenten, bezogen auf 100 Gewichtsteile trockenes Pigment (a) in folgenden Gewichtsan­teilen:
    Tiefdruck Offset/Buchdruck
    (c) Schutzkolloide 0,1- 6,0 0,1 - 6,0
    (b) Dispergiermittel 0,0- 3,0 0,0 - 3,0
    (d) Natürl.Bindemittel 0,0-10,0 1,0 - 20,0
    (e) Synth.Bindemittel 1,0- 7,0 1,0 - 15,0
    (f) Hilfsmittel wie oben angegeben 0,2- 4,0 0,2 - 5,0
    (g) Naßverfestigungsmittel 0,0- 3,0 0,0 - 5,0
  • Die erfindungsgemäße Streichfarbe wird vorzugsweise dadurch hergestellt, daß man die erfindungsgemäße Pigmentdispersion in einem geeigneten Mischaggregat vorlegt, das für den ge­wünschten Endfeststoffgehalt der Streichfarbe erforderliche Verdünnungswasser zusetzt und bei hoher Mischintensität das gege­benenfalls in einem separaten Arbeitsgang gelöste natürliche Bindemittel und/oder anschließend das synthetische Bindemittel zusetzt. Nach der Einarbeitung der Bindemittel werden, falls erforderlich, das Verdickungsmittel und das Wasserretentions­hilfsmittel und anschließend die übrigen Hilfsmittel, wie Gleitmittel und im Bedarfsfall optische Aufheller und am Schluß das Naßverfestigungsmittel zugesetzt. Die angegebene Reihenfolge hat sich für die Herstellung einer agglomeratefreien, gut verarbeitbaren Streichfarbe besonders bewährt.
  • Die erfindungsgemäße Streichfarbe hat eine gute Haftung an der normalerweise negativ geladenen Papierfaser. Diese Eigenschaft kann man sich zunutze machen, indem man überschüssige Streich­farbe, z.B. bei einem Papiersortenwechsel, der Papiermasse als Füllstoff zusetzt. Im Gegensatz zu einer anionischen Streich­farbe, die mit kationischen Hilfsmitteln ungewollte Wechsel­wirkungen eingeht, kann die erfindungsgemäße kationische Streich­farbe bedenkenlos in den Papiermaschinenkreislauf gelangen, da die Wechselwirkung mit den kationischen Hilfsmitteln ausbleibt bzw. über diesen Weg Abwasserprobleme vermieden werden.
  • Ferner haben die erfindungsgemäßen Streichfarben, wenn sie der Papiermasse als Füllstoffe zugesetzt werden, die Nebenwirkung, daß sie auch die beim Holzaufschluß zur Herstellung von Papier anfallenden anionischen Abbauprodukte, wie Dextrine, Lignine, Hemicellulose usw. binden. Die anionischen Störstoffe werden an der kationisch eingestellten Pigmentgrenzfläche adsorbiert und mit dem Papier ausgetragen, so daß die Abwasserbelastung auch in dieser Hinsicht geringer wird.
  • Durch diese Adsorption werden die Rohpapiereigenschaften, wie Opazität, Festigkeit, Porosität usw. verbessert.
  • Die Erfindung ist durch die nachstehenden Beispiele erläutert:
    • Beispiele 1 und 2
  • Kationische Pigmentdispersionen aus den nachstehend angegebenen Komponenten
    Beisp.1 Beisp.2
    Wassser für 58,3 bzw. 49,8 %ige Dispersion 1122 g 1777 g
    22%ige PVA-Lösung 91 g 68 g
    Talkum (60 % < 2 µm als Pigment (a)) 2181 g 2181 g
    45%ige Lösung von Poly-(Diallyldimethylammoniumchlorid) als Dispergiermittel (b) 52 g 33 g
  • Das Talkum wurde mit Wasser und der PVA-Lösung (hydrophiles Ausgangspolymer) versetzt und gründlich vermischt. Dann wurde die Dispergiermittellösung (b) zugesetzt, wodurch das zunächst anionische Pigment umgeladen wurde. Die erhaltene Dispersion hatte folgende Eigenschaften:
    Beisp.1 Beisp. 2
    Feststoffgehalt (Gew.-%) 58,3 49,8
    pH-Wert 8, 2 8,6
    Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur mPa.s 880 48
    Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur mPa.s 600 60
    Zeta-Potential (mV) +87 +63
  • Zum Vergleich hatte eine Dispersion mit unbehandeltem Talkum folgende Eigenschaften:
    Feststoffgehalt      49,2 Gew.-%
    pH-Wert      8,6
    Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur      6600 mPa.s
    Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur      3900 mPa.s
    Zeta-Potential      -22 mV
  • Die erfindungsgemäßen Dispersionen hatten also trotz höherem Feststoffgehalt bzw. bei praktisch gleichem Feststoffgehalt eine wesentlich niedrigere Viskosität als die Vergleichsdispersion.
    • Beispiel 3
  • Eine kationische Pigmentdispersion aus den nachstehend angegebenen Komponenten
    Wasser für 64,4%ige Dispersion      830 g
    Talkum (60 % < 2µm als Pigment (a))      2181 g
    45%ige Lösung von Poly-(Diallyldimethyl­ammoniumchlorid) als Dispergiermittel (b)      105 g
    wurde wie folgt hergestellt:
  • Das Talkum wurde mit Wasser gründlich vermischt. Dann wurde die Dispergiermittellösung (b) zugesetzt, wodurch das zunächst anionische Pigment umgeladen wurde.
  • Die erhaltene Dispersion hatte folgende Eigenschaften:
    Feststoffgehalt      64,4 Gew.-%
    pH-Wert      7,9
    Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 4, Raumtemperatur      620 mPa.s
    Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 4, Raumtemperatur      510 mPa.s
    Zeta-potential      +96 mV
  • Dieses Beispiel zeigt, daß auch ohne Verwendung eines Schutzkolloids, d.h. nur mit der Dispergiermittellösung (b) eine starke Erniedrigung der Viskosität erhalten werden konnte.
    • Beispiel
  • Eine kationische Pigmentdispersion aus den nachstehend angegebenen Komponenten
    Wasser für 66,6%ige Dispersion      180 g
    29%ige phosphatierte Stärkelösung      138 g
    Gips (55 % < 2 µm als Pigment (a))      2667 g
    45%ige Lösung von Poly-(Diallyldimethyl­ammoniumchlorid) als Dispergiermittel (b)      44 g
    wurde wie folgt herstellt.
  • Der Gips wurde mit Wasser und der phosphatierten Stärkelösung (hydrophiles Ausgangspolymer) versetzt und gründlich vermischt. Dann wurde die Dispergiermittellösung (b) zugesetzt, wodurch das zunächst anionische Pigment umgeladen wurde.
  • Die erhaltene Dispersion hatte folgende Eigenschaften:
    Feststoffgehalt      66,6 Gew.-%
    pH-Wert      6,6
    Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur      1040 mPa.s
    Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur      760 mPa.s
    Zeta-Potential      + 8 mV
  • Zum Vergleich hatte eine Dispersion mit unbehandeltem Gips folgende Eigenschaften:
    Feststoffgehalt      57,0 Gew.-%
    pH-Wert      7,5
    Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 6, Raumtemperatur      8000 mPa.s
    Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 6, Raumtemperatur      4300 mPa.s
    Zeta-Potential      -26 mV
  • Die erfindungsgemäße Dispersion hatte also trotz höherem Feststoffgehalt eine wesentlich niedrigere Viskosität als die Vergleichsdispersion.
    • Beispiel 5
  • Eine kationische Pigmentdispersion aus den nachstehend angegebenen Komponenten
    Wasser für 67,4%ige Dispersion      880 g
    22%ige PVA-Lösung      91 g
    Aluminiumhydroxid (80 % <0,5 µm als Pigment (a))      2000 g
    45%ige Lösung von Poly-(Diallyldimethyl­ammoniumchlorid) als Dispergiermittel (b)      10 g
    wurde wie folgt hergestellt:
  • Die PVA-Lösung (hydrophiles Ausgangspolymer) wurde mit der Dispergiermittellösung (b) versetzt und gründlich vermischt, wodurch das PVA kationisiert wurde. Dann wurde das Aluminium­hydroxid zugesetzt.
  • Die erhaltene Dispersion hatte folgende Eigenschaften:
    Feststoffgehalt      67,4 Gew.-%
    pH-Wert      9,5
    Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur      2520 mPa.s
    Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur      1500 mPa.s
    Zeta-Potential      +67 mV.
  • Zum Vergleich hatte eine Dispersion mit unbehandeltem Aluminiumhydroxid folgende Eigenschaften:
    Feststoffgehalt      48,7 Gew.-%
    pH-Wert      9,4
    Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur      4500 mPa.s
    Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur      2750 mPa.s
    Zeta-Potential      +68 mV.
  • Die erfindungsgemäße Dispersion hatte also trotz höherem Feststoffgehalt eine wesentliche niedrigere Viskosität als die Vergleichsdispersion. Die Viskositätserniedrigung, die offenbar nichts mit einer Änderung des Zeta-Potentials zu tun hat, ist vermutlich dadurch bedingt, daß durch das kationisierte Schutz­kolloid die Agglomerate der sehr feinteiligen Pigmentkomponete aufgebrochen werden.
    • Beispiel 6
  • Die kationisische Pigmentdispersion nach Beispiel 5 wurde mit einer kationischen Kaolindispersion (Verschnittpigment) folgender Zusammensetzung
    Wasser      135 g
    Kaolin (90% < 2 µm) 306 g
    21%ige PVA-Lösung      60 g
    45%ige Lösung vom Poly-(Diallyl­dimethylammoniumchlorid)      13 g
    in einer solchen Menge vermischt, daß das Gewichtsverhältnis zwischen Aluminiumhydroxid und Kaolin 15 : 85 betrug.
  • Die erhaltene Mischdispersion hatte folgende Eigenschaften:
    Feststoffgehalt      62,0 Gew.-%
    pH-Wert      7,0
    Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 5 Raumtemperatur      1920 mPa.s
    Brookfield-Viskosität bei 100 UPM Spindel 5, Raumtemperatur      1050 mPa.s
    Zeta-Potential      + 58 mV.
  • Die Viskosität der Mischdispersion blieb auch nach längerer Lagerzeit unverändert.
    • Beispiel 7
  • Herstellung kationischer Streichfarben:
  • Mit den Pigmentdispersionen nach den Beispielen 1, 4 und 6 wurden Streichfarben hergestellt, deren Zusammensetzung in der nachstehenden Tabelle angegeben ist.
    Figure imgb0003
  • Aus den Pigmnentdispersionen nach den Vergleichsbeispielen 1, 4 und 5 konnten keine Streichfarben mit ausreichend hohen Feststoffgehalten bei verarbeitbaren Viskositäten hergestellt werden. Nach kurzer Lagerzeit dickten die Streichfarben so stark ein, daß keine Streichversuche mehr möglich waren. Die erfindungsgemäßen Streichfarben dickten auch nach längerer Verarbeitung nicht ein. Papiere mit den erfindungsgemäßen Streichfarben zeichneten sich durch eine gleichmäßige geschlossene Oberfläche, eine gute Faserabdeckung, eine hohe Opazität und ein hohes Strichvolumen aus. Die Offset-­Bedruckbarkeit und die Tiefdruck-Bedruckbarkeit der erhaltenen Papiere waren gut.

Claims (19)

1. Kationisch eingestellte Pigmentdispersion, insbesondere zur Herstellung von Streichfarben zur Papierbeschichtung, gekenn­zeichnet durch
(a) eine Calciumsulfat, Talkum und/oder Aluminiumhydroxid als Hauptbestandteil oder Verschnittkomponente enthaltende oder daraus bestehende Pigmentkomponente;
b) ein kationisches Polymer oder eine quaternäre Ammonium­ verbindung als Dispergiermittel; und/oder
c) ein die Teilchen der Pigmentkomponente (a) als Schutzkolloid umhüllendes kationisiertes Polymer, das aus hydrophilen Poly­acrylaten oder -methacrylaten, abgebauten Stärken oder abgebauten modifizierten Stärken, abgebauten Galaktomannanen oder abgebauten modifizierten Galaktomannanen, Methylcellulosen, Hydroxymethylcellulosen, Carboxymethylcellulosen, abgebauten Alginaten, Proteinen und/oder Polyvinylalkohol erhalten worden ist.
2. Pigmentdispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kationisierte Polymer (c) in situ durch Kationisierung der mit dem hydrophilen Ausgangspolymer umhüllten Pigment­teilchen (a) erhalten worden ist.
3. Pigmentdispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß das kationisierte Polymer (c) durch Umsetzung der hydrophilen Ausgangspolymeren mit stickstoffhaltigen Verbin­dungen und Quaternisierung der Umsetzungsprodukte bzw. durch Umsetzung mit einem kationischen Polymer oder Copolymer aus der Gruppe der Melamin-Formaldehydharze, Epichlorhydrinharze, Dicyandiamidharze, quaternären Acrylate, der polymeren Diallylverbindungen oder der polymeren Guanidinverbindungen erhalten worden ist.
4. Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Polymer (b) ein Polymer oder Copolymer aus der Gruppe der Melamin-­Formaldehydharze, Epichlorhydrinharze, Dicyandiamidharze, quaternären Acrylate, der polymeren Diallylverbindungen oder der polymeren Guanidinverbindungen darstellt.
5. Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Polymer (b) quaternäre Hydrocarbylammoniumgruppen enthält.
6. Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Polymer oder Copolymer (b) ein Poly-(Diallyldimethylammoniumchlorid) ist oder enthält und vorzugsweise ein Molekulargewicht entsprechend einer Viskosität von 500 bis 1500 mPa.s (Brookfield-Viskosität bei 15 % Feststoffgehalt, 20 Upm und Raumtemperatur) aufweist.
7. Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Polymer bzw. Copolymer (b) eine polymere quaternäre Ammoniumverbindung nach einem der folgenden Strukturtypen darstellt:
Figure imgb0004
Figure imgb0005
 worin x 1 bis 3 bedeutet.
8. Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Polymer oder Copolymer (b) ein Poly-(diallyl-ammoniumchlorid) oder ein Poly-(3,5-methylen­piperidiniumchlorid) ist oder enthält, worin die Stickstoffatome gegebenenfalls durch niedere Alkylgruppen substituiert sind.
9. Verfahren zur Herstellung einer kationisch eingestellten Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Suspension der gegebenen­falls mit dem kationisierten Polymer (c) umhüllten Pigment­teilchen (a) mit dem kationischen Polymer (b) dispergiert.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Pigmentteilchen (a) vor dem Dispergieren so weit mit dem kationisierten Polymer (c) umhüllt, bis das Zeta-Potential der die umhüllten Pigmentteilchen (a) enthaltenden Dispersion einen Wert am isoelektrischen Punkt bzw. im kationischen Bereich erreicht hat.
11. Verfahren zur Herstellung einer kationisch eingestellten Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Pigmentkomponente mit dem hydro­philen Ausgangspolymer umhüllt und in situ mit dem kationi­schen Polymer oder mit der quaternären Ammoniumverbindung (b) kationisiert.
12. Streichfarbe für die Papierbeschichtung, enthaltend eine Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und (d) ein Bindemittel oder Bindemittelgemisch zum Verbinden der dispergierten und gegebenenfalls mit dem kationisierten Polymer (c) umhüllten Pigmentteilchen (a) untereinander und mit der Papieroberfläche.
13. Streichfarbe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel bzw. Bindemittelgemisch (d) auch im neutralen bzw. alkalischen Bereich kationisch oder amphoter ist.
14. Streichfarbe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (d) ein Styrol-Butadien- oder Styrol-Acrylat-Copolymer mit funktionellen kationischen Gruppen und/oder ein kationisches Polyvinylacetat, einen kationischen Polyvinylalkohol bzw. deren Copolymere darstellt.
15. Streichfarbe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Bindemittel (d) aus der Gruppe der abgebauten und nativen Galaktomannane, Stärken, Methylcellulosen, Hydroxy­methylcellulosen, Carboxymethylcellulosen, Alignate, Proteine und Polyvinylalkohole ausgewählt ist und kationische Gruppen enthält.
16. Streichfarbe nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie kationische oder nichtionogene Ver­dickungsmittel und/oder Wasserretentionshilfsmittel enthält.
17. Streichfarbe nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie Hilfsmittel wie Gleitmittel, optische Aufheller und/oder Naßverfestigungsmittel enthält.
18. Streichfarbe nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Komponenten, bezogen auf 100 Gewichtsteile trockenes Pigment (a), in folgenden Gewichts-­Anteilen enthält:
Figure imgb0006
19. Papier, dadurch gekennzeichnet, daß es
(a) mit einer Streichfarbe nach einem der Ansprüche 12 bis 19 beschichtet und/oder
(b) mit einer Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gefüllt ist.
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