EP1662045B1 - Füllstoff für die Herstellung von Papier und Verwendung hierfür - Google Patents

Füllstoff für die Herstellung von Papier und Verwendung hierfür Download PDF

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EP1662045B1
EP1662045B1 EP05111330A EP05111330A EP1662045B1 EP 1662045 B1 EP1662045 B1 EP 1662045B1 EP 05111330 A EP05111330 A EP 05111330A EP 05111330 A EP05111330 A EP 05111330A EP 1662045 B1 EP1662045 B1 EP 1662045B1
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EP
European Patent Office
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filler
calcined kaolin
kaolin
less
weight
Prior art date
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EP05111330A
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English (en)
French (fr)
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EP1662045A1 (de
Inventor
Reinhard Kräuter
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bene_fit GmbH
Bene-Fit GmbH
Original Assignee
bene_fit GmbH
Bene-Fit GmbH
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Publication date
Application filed by bene_fit GmbH, Bene-Fit GmbH filed Critical bene_fit GmbH
Priority to PL05111330T priority Critical patent/PL1662045T3/pl
Publication of EP1662045A1 publication Critical patent/EP1662045A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1662045B1 publication Critical patent/EP1662045B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
    • D21H17/68—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments siliceous, e.g. clays
    • 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
    • D21H21/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/50—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by form
    • D21H21/52—Additives of definite length or shape

Definitions

  • the present invention relates to a filler for the production of paper and its use.
  • Paper basically consists of fibers, auxiliaries, fillers and possibly coating pigments. Conventionally, papers include, among others. For cost savings, a filler content of up to 30% and more. The reason for the addition of fillers is the increase in the price of fiber components. Often, however, the strength of the paper is reduced by the addition of fillers.
  • suitably prepared calcined kaolin at a density of 1-3 g / ml provides a filler which makes it possible to produce high volume papers with excellent strength.
  • calcined kaolins are their high dimensional stability, i. Shearing and pressure stability, whereby even after the Kalendr ist remains a paper with high volume, which corresponds to the expectations of the consumer.
  • the calcined kaolins according to the invention have a surface structure which allows a good bond with the pulp, so that papers produced with this filler also have a high tear resistance.
  • Calcined kaolins having a low density are used in comparison to the common calcined kaolins having a density of 2.6 g / ml, e.g. with a density smaller than 2.5 g / ml, that is, with a high specific volume, the specific volume of the final product can be further increased.
  • Calcined kaolins with a density of 1.9 to 2.5 g / ml can be produced relatively easily and inexpensively in a specific production process.
  • the calcined kaolin has grain sizes smaller than 45 ⁇ m at more than 80% by mass and smaller than 2 ⁇ m at more than 5% by mass.
  • the calcined kaolin has grain sizes smaller than 45 ⁇ m at 80-85% by mass of the grains and smaller than 2 ⁇ m at 15-20% by mass of the grains.
  • the calcined kaolin has grain sizes of less than 45 ⁇ m at 85-90% by mass of the grains and at the same time contains 10-15% by mass of the grains having grain sizes smaller than 2 ⁇ m.
  • the calcined kaolin has grain sizes of less than 45 ⁇ m at 90-95% by mass of the grains and at the same time 5-10% by mass of the grains have grain sizes smaller than 2 ⁇ m.
  • This particle size contributes substantially to the fact that paper produced with it has a high strength, elasticity, opacity and smoothness, as required by high-quality paper.
  • the calcined kaolin shows a whiteness of over 70-80% measured by the method of ISO R 457 *, more preferably at least 75%.
  • calcined kaolin has a whiteness of greater than 80-90%.
  • calcined kaolin has a whiteness of at least 85%. This whiteness allows the production of high quality white paper. At the same time, any number of additional degrees of whiteness can be set by mixing different degrees of whiteness.
  • the calcined kaolin according to the invention with a whiteness of 70-80% has a slightly higher opacity than the calcined kaolin according to the invention with a whiteness of 80-90%.
  • the volume increase and the mechanical properties are comparable for both materials.
  • material with a selected whiteness between 70% and over 90% can be used, depending on whether a very high whiteness or a very high opacity is desired, or depending on whether white or colored papers are produced.
  • the calcined kaolin of the present invention is more than 80% by mass of silica and alumina, and the loss on ignition is less than 5% by mass.
  • a pure kaolin By use such a pure kaolin, a high whiteness is achieved. Furthermore, the stability and opacity of the filler are due to this purity.
  • Calcined kaolin is prepared by sintering powdered kaolin at above 500 ° C and below 1500 ° C.
  • the sintering of dry kaolin powder results in the calcined kaolin according to the invention, which has a porous structure and thus has a low specific weight at high volume.
  • the calcined kaolins are highly dimensionally stable, so that even with high compressive load, as occurs in the calendering of paper, there is only a small volume loss of the calendered paper compared to the uncalendered paper made with this filler Paper is coming.
  • the predominantly coarse kaolin powder as a starting material for the calcination is at least 10% by mass of powder with a grain diameter of less than 2 microns.
  • the proportion of fine kaolin powder contributes significantly to the formation of porous calcined kaolin with many air inclusions.
  • the kaolin powder is heated to over 500 ° C and less than 1,500 ° C for less than 5 seconds.
  • the short-term heating process leads to the partial separation of water of crystallization, causing the kaolin to become bloated and the density to drop from 1.9 g / ml to 2.5 g / ml.
  • This lower density of the inflated kaolin results in a further reduction in the specific gravity of the paper made with this filler.
  • the high porosity of the material improves the bond with the pulp used, which increases the tear strength and stability of the paper produced therefrom.
  • the product of the previously described process is heated a second time, but this time for at least 5 minutes, above 500 ° C and below 1500 ° C.
  • This process further increases the whiteness and opacity of the calcined kaolin.
  • the long temperature effect leads to the irreversible sintering of the starting material.
  • the resulting during the short-term heating chamber structure is retained and there are aggregates of high stability.
  • the above-described heating process of at least 5 minutes to over 500 ° C and less than 1500 ° C is preferably carried out in a rotary kiln.
  • the calcined kaolins are pulverized by heat treatment of greater than 500 ° C by suitable methods. As a result, the partially formed by the action of heat agglomerates are separated, so that the desired grain size is formed.
  • the properties of the calcined kaolin filler paper can be varied over a wide range by blending various calcined kaolins.
  • calcined kaolin is suitable not only for the production of paper, but also as a filler for other fibrous masses, which are to have a high volume and at the same time a high strength, as is the case for example with cardboard.
  • Type 1 is a comparatively coarse calcined kaolin. By heating for more than 5 minutes to over 500 ° C individual kaolin plates are sintered into stable aggregates with high pore volume. These units are highly shear and pressure stable and therefore dimensionally stable.
  • Type 2 is also a comparatively coarse calcined kaolin. Unlike Type 1, Type 2 is made by heating kaolin to over 500 ° C in less than 5 seconds. The short-term heating leads to the swelling of the kaolin particles and to a reduction the density from 2.6 to about 2.1 g / ml. Type 2 is also a structured calcined kaolin, which is highly shear and pressure stable and therefore also dimensionally stable.
  • Type 3 is produced in the first step as type 2. Thereafter, a second heating step is performed to above 500 ° C, which is maintained for at least 5 minutes.
  • the resulting type 3 of calcined kaolin is characterized by a particularly high degree of whiteness. This type is also a structured calcined kaolin, which is highly shear and pressure stable and therefore also dimensionally stable.
  • Table 1 parameter unit Type 1 Type 2 Type 3 Whiteness, ISC, R 457 % > 75 > 75 > 75 Whiteness, ISO, R 457 * % > 85 > 75 > 85 Grain size (Sedigraph), ⁇ 2 ⁇ m ma% > 5 > 5 > 5 Grain size (Sedigraph), ⁇ 4 ⁇ m ma% > 80 > 80 > 80 density g / ml 2.5-2.7 1.9-2.5 1.9-2.5 Chem. Main. AI203i-Si02 ma% > 80 > 80 > 80 > 80 > 80 > 80 > 80 > 80 > 80 > 80 loss on ignition ma% ⁇ 5 ⁇ 5 ⁇ 5 Minor ingredients ma% ⁇ 20 ⁇ 20 ⁇ 20 *) prefers
  • Table 2 gives the parameters of a standard mixture of paper made with a filler content of 15% and 25%, respectively, of the calcined kaolin given in Examples 1 to 1-3.
  • the specific volume could only be increased slightly with a type 1 filler. With the inventive fillers of types 2 and 3, the specific volume could be increased by 8 to 15%.
  • the calcined kaolin according to the invention is compared in a paper application with the reference material PCC.
  • a PCC having a whiteness R457 of 94.6% and a d50 of 1.9 ⁇ m was selected.
  • template purpose description density grain size white 1 invention Calcined kaolin 2.10 15% ⁇ 2 ⁇ m 80.2
  • invention Calcined kaolin 2.12 15% ⁇ 2 ⁇ m 89.6 3
  • Influence of grain size Calcined kaolin 2.10 80% ⁇ 2 ⁇ m 80.5 4 reference PCC 50% ⁇ 2 ⁇ m 94.6
  • Starch, filler, pigment, retention agent and pulp are used as raw materials for the production of the test papers.
  • the formulation was adjusted after the first sheet formation to achieve the desired sheet weight (20 g) and the desired ash content (20%).
  • optical and mechanical properties were determined and a subsequent calendering was performed to test and compare the stability of the structure built up by the combination of pulp and the respective filler.
  • the opacity of the papers with the calcined kaolins according to the invention is higher than the reference.
  • the inventive calcined kaolin with a whiteness of 90% also leads to a higher degree of whiteness in the final product.
  • the papers made with PCC as filler show a higher degree of whiteness, the functionality when used in high-volume high-grade papers (specific volume and opacity) is not given: exam Pattern 1 Pattern 2 Pattern 3 Pattern 4 Opacity C / 2 % 94.21 92.9 94.12 90.18 CIE whiteness % 71.8 75.4 70.6 76.2
  • Examples 1-3 show that the calcined kaolins with a density of 2.5-2.7 g / ml and a grain size of at most 20% ⁇ 2 ⁇ m lead to a slight increase in the specific volume, the calcined low-density kaolins of 1.9-2.5 g / ml and a grain size of not more than 20% ⁇ 2 microns lead to a significant increase in the specific volume.
  • the opacity is higher than current fillers and the whiteness can be selected specifically.
  • the strength values are similar to slightly better than with the use of standard fillers on the market.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Füllstoff zur Herstellung von Papier und dessen Verwendung.
  • Papier besteht grundsätzlich aus Fasern, Hilfsstoffen, Füllstoffen und ggf. Streichpigmenten. Herkömmlicherweise enthalten Papiere u.a. zur Kostenersparnis einen Füllstoffgehalt von bis zu 30 % und mehr. Grund für den Zusatz von Füllstoffen ist der Preisanstieg der Faserbestandteile. Häufig wird jedoch durch den Zusatz von Füllstoffen die Festigkeit des Papiers verringert.
  • Gleichzeitig haben die gängig verwendeten Füllstoffe den Nachteil, dass hieraus hergestelltes Papier ein niedriges spezifisches Volumen hat, welches häufig zusätzlich durch die Kalendrierung erniedrigt wird. Die Kalendrierung ist ein Verfahren zum Glätten der Papieroberflache, wobei beim Durchlauf durch mehrere Walzensysteme ein hoher Druck auf das Papier ausgeübt wird.
  • Bei Papierverbrauchern wie Verlegern besteht eine verstärkte Nachfrage nach hochwertigem Papier mit einem hohen spezifischen Volumen, dass heißt einem großen Volumen bei niedriger Masse, da derartige Papiere beim Endverbraucher eine erhöhte Akzeptanz haben und zudem beispielsweise bei Verwendung solcher Papiere als Briefpapier geringere Portokosten verursacht werden.
  • Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen geeigneten Füllstoff zur Verfügung zu stellen, welcher es ermöglicht, hochwertiges Papier mit hohem spezifischem Volumen herzustellen, das eine hohe Festigkeit besitzt, dessen spezifisches Volumen auch nach der zur Glättung verwendeten Kalendrierung höher als bei herkömmlichen Papier ist, das einen hohen Weißgrad und hohe Opazität hat und ein ausreichendes Retentionsverhalten besitzt.
  • Diese Aufgabe wurde stoffseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und verwendungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 9 gelöst.
  • Überraschenderweise liefert in geeigneter Weise hergestelltes kalziniertes Kaolin mit einer Dichte von 1 - 3 g/ml einen Füllstoff, der es ermöglicht, Papiere mit hohem Volumen bei hervorragender Festigkeit herzustellen.
  • Der Vorteil dieser kalzinierten Kaoline liegt in ihrer hohen Formstabilität, d.h. Scher- und Druckstabilität, wodurch hierdurch auch nach der Kalendrierung ein Papier mit hohem Volumen zurückbleibt, was der Erwartungshaltung des Verbrauchers entspricht. Gleichzeitig haben die erfindungsgemäßen kalzinierten Kaoline eine Oberflächenstruktur, die eine gute Bindung mit der Papiermasse ermöglicht, so dass mit diesem Füllstoff hergestellte Papiere auch eine hohe Reißfestigkeit besitzen.
  • Werden kalzinierte Kaoline mit einer niedrigen Dichte im Vergleich zu den gängigen kalzinierten Kaolinen mit einer Dichte von 2,6 g/ml verwendet, z.B. mit einer Dichte kleiner als 2,5 g/ml, dass heißt, mit einem hohen spezifischen Volumen, kann das spezifische Volumen des Endproduktes weiter gesteigert werden. In einem speziellen Herstellverfahren können kalzinierte Kaoline mit einer Dichte von 1,9 bis 2,5 g/ml relativ leicht und preiswert hergestellt werden.
  • Das kalzinierte Kaolin hat Korngrößen, die bei mehr als 80 Ma-% kleiner als 45 µm und bei mehr als 5 Ma-% kleiner als 2 µm sind.
  • Bevorzugt werden kalzinierte Kaoline, bei welchen mindestens 70 Ma-% der Körner größer als 2 µm sind, verwendet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat das kalzinierte Kaolin Korngrößen, die bei 80-85 Ma-% der Körner kleiner als 45 µm und bei 15-20 Ma-% der Körner kleiner als 2 µm sind.
  • Noch bevorzugter weist das kalzinierte Kaolin bei 85-90 Ma-% der Körner Korngrößen, die kleiner als 45 µm sind, und gleichzeitig bei 10-15 Ma-% der Körner Korngrößen die kleiner als 2 µm sind, auf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat das kalzinierte Kaolin bei 90-95 Ma-% der Körner Korngrößen, die kleiner als 45 µm sind, und gleichzeitig bei 5-10 Ma-% der Körner Korngrößen, die kleiner als 2 µm sind.
  • Diese Teilchengröße trägt wesentlich dazu bei, dass hiermit hergestelltes Papier eine hohe Festigkeit, Elastizität, Opazität und Glätte aufweist, wie sie von hochwertigem Papier gefordert wird.
  • Das kalzinierte Kaolin zeigt einen Weißgrad von über 70-80 % gemessen mit dem Verfahren nach ISO R 457*, besonders bevorzugt mindestens 75 %. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat kalziniertes Kaolin einen Weißgrad von über 80-90 %. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat kalziniertes Kaolin einen Weißgrad von mindestens 85 %. Dieser Weißgrad lässt die Herstellung von hochwertigem weißen Papier zu. Gleichzeitig können durch Mischen verschiedener Weißgrade beliebig viele weitere Weißgrade eingestellt werden.
  • Das erfindungsgemäße kalzinierte Kaolin mit einem Weißgrad von 70-80 % hat eine leicht höhere Opazität als das erfindungsgemäße kalzinierte Kaolin mit einem Weißgrad von 80-90%. Der Volumenzuwachs und die mechanische Eigenschaften sind bei beiden Materialien vergleichbar. So kann Material mit einem ausgewählten Weißgrad zwischen 70% und über 90% verwendet werden, je nachdem ob ein sehr hoher Weißgrad oder eine sehr hohe Opazität gewünscht wird, oder je nachdem ob weiße oder farbige Papiere hergestellt werden.
  • Das erfindungsgemäße kalzinierte Kaolin besteht zu mehr als 80 Ma-% aus Siliziumdioxid und Aluminiumoxid, wobei der Glühverlust weniger als 5 Ma-% beträgt. Durch die Verwendung eines derart reinen Kaolins wird ein hoher Weißgrad erreicht. Ferner sind auch Stabilität und Opazität des Füllstoffes durch diese Reinheit bedingt.
  • Kalziniertes Kaolin wird dadurch hergestellt, dass pulverisiertes Kaolin bei über 500 °C und weniger als 1.500 °C versintert wird. Durch die Versinterung von trockenem Kaolinpulver entstehen das erfindungsgemäße kalzinierte Kaolin, das eine poröse Struktur aufweist und dadurch bei hohem Volumen ein geringes spezifisches Gewicht hat. Gleichzeitig sind die kalzinierten Kaoline in hohem Maße formstabil, so dass es bei Papieren, die mit diesem Füllstoff hergestellt sind, auch bei hoher Druckbelastung, wie sie bei der Kalendrierung von Papier auftritt, nur zu einem geringen Volumenverlust des kalendrierten Papiers im Vergleich zu dem unkalendrierten Papier kommt.
  • Das vorrangig grobe Kaolinpulver als Ausgangsmaterial für die Kalzinierung besteht zu mindestens 10 Ma-% aus Pulver mit einem Korndurchmesser von weniger als 2 µm. Der Anteil an feinem Kaolinpulver trägt wesentlich zur Bildung von porösem kalziniertem Kaolin mit vielen Lufteinschlüssen bei.
  • Das Kaolinpulver wird für weniger als 5 Sekunden auf über 500 °C und weniger als 1.500 °C erhitzt. Der kurzzeitige Erhitzungsprozess führt zur teilweisen Abspaltung von Kristallwasser, wodurch das Kaolin aufgebläht wird und die Dichte auf Werte von 1,9 g/ml bis 2,5 g/ml sinkt. Diese geringere Dichte des aufgeblähten Kaolins führt zu einer weiteren Reduktion des spezifischen Gewichtes des mit diesem Füllstoff hergestellten Papieres.
  • Gleichzeitig wird durch die hohe Porosität des Materials die Bindung mit der verwendeten Papiermasse verbessert, was die Reißfestigkeit und Stabilität des hieraus hergestellten Papiers erhöht.
  • In einer Ausführungsform wird das Produkt des vorher beschriebenen Prozesses ein zweites Mal, diesmal jedoch mindestens 5 Minuten, auf über 500 °C und weniger als 1.500 °C erhitzt. Durch diesen Prozess werden der Weissgrad und die Opazität des kalzinierten Kaolins weiter erhöht. Die lange Temperatureinwirkung führt zur irreversiblen Versinterung des Ausgangsmaterials. Die bei der Kurzzeiterhitzung entstandene Kammerstruktur bleibt hierbei erhalten und es entstehen Aggregate von hoher Stabilität.
  • Der oben beschriebene Erhitzungsprozess mit mindestens 5 Minuten auf über 500°C und weniger als 1500°C wird vorzugsweise in einem Drehrohrofen durchgeführt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden die kalzinierten Kaoline nach der Hitzeeinwirkung von mehr als 500 °C durch geeignete Verfahren pulverisiert. Hierdurch werden die teilweise bei der Hitzeeinwirkung entstehenden Agglomerate getrennt, so dass die gewünschte Korngröße entsteht.
  • Durch geringfügige Variation der Herstellungsverfahren können Dichte, Korngröße, Porosität und Weißheitsgrad sowie weitere Parameter des kalzinierten Kaolins auf die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden.
  • Ebenso können die Eigenschaften des mit kalziniertem Kaolin als Füllstoff hergestellten Papieres durch Mischung verschiedener kalzinierter Kaoline in einem breiten Bereich variiert werden.
  • Es ist offensichtlich, dass sich kalziniertes Kaolin nicht nur zur Herstellung von Papier, sondern auch als Füllstoff für andere faserige Massen eignet, die eine hohes Volumen und gleichzeitig eine hohe Festigkeit aufweisen sollen, wie dies zum Beispiel bei Pappe der Fall ist.
    • Beispiele Beispiel 1
  • Für die Herstellung einer Papierstandardmischung wurden drei verschiedene Typen von kalzinierten Kaolinen gemäß Tabelle 1 eingesetzt.
  • Typ 1 ist ein vergleichsweise grobes kalziniertes Kaolin. Durch Erhitzung für mehr als 5 Minuten auf über 500 °C werden einzelne Kaolinplättchen zu stabilen Aggregaten mit hohem Porenvolumen versintert. Diese Aggregate sind in hohem Maß scher- und druckstabil und daher formstabil.
  • Typ 2 ist ebenfalls ein vergleichsweise grobes kalziniertes Kaolin. Im Gegensatz zu Typ 1 wird Typ 2 hergestellt, indem Kaolin in weniger als 5 Sekunden auf über 500 °C erhitzt wird. Die kurzzeitige Erwärmung führt zum Aufblähen der Kaolinpartikel und zu einer Reduzierung der Dichte von 2,6 auf etwa 2,1 g/ml. Auch bei Typ 2 handelt es sich um ein strukturiertes kalziniertes Kaolin, das in hohem Maß scher- und druckstabil und daher auch formstabil ist.
  • Typ 3 wird im ersten Schritt wie Typ 2 hergestellt. Danach wird ein zweiter Erhitzungsschritt auf über 500 °C durchgeführt, der für mindestens 5 Minuten aufrechterhalten wird. Der hierdurch entstehende Typ 3 von kalziniertem Kaolin zeichnet sich durch einen besonders hohen Weißgrad aus. Auch bei diesem Typ handelt es sich um ein strukturiertes kalziniertes Kaolin, das in hohem Maß scher- und druckstabil und daher auch formstabil ist. Tabelle 1:
    Parameter Einheit Typ 1 Typ 2 Typ 3
    Weißgrad, ISC, R 457 % >75 >75 >75
    Weißgrad, ISO, R 457 * % >85 >75 >85
    Korngröße (Sedigraph), <2 µm Ma-% >5 >5 >5
    Korngröße (Sedigraph), <4 µm Ma-% > 80 > 80 > 80
    Dichte g/ml 2,5-2,7 1,9-2,5 1,9-2,5
    Chem. Hauptbest. AI203i-Si02 Ma-% > 80 > 80 > 80
    Glühverlust Ma-% <5 <5 <5
    Nebenbestandteile Ma-% <20 <20 <20
    *) bevorzugt
    • Beispiel 2
  • In der Rezeptur einer Standardmischung wurde das bisher eingesetzte nichtkalzinierte Kaolin durch kalziniertes Kaolin gemäß Tabelle 2 ersetzt. Als Füllgrade bei kalziniertem Kaolin wurden analog zu den Füllgraden beim nichtkalzinierten Kaolin 15 % und 25 % gewählt. Die Papiere wurden auf einer Technikumspapiermaschine hergestellt. Tabelle 2:
    Nr Art der Rohstoffe, bestimmte Eigenschaften Titer Kaolinart
    I. Art der Rohstoffe Konventionelles Kaolin Kalziniertes Kaolin Typ 1 Kalziniertes Kaolin Typ 2 Kalziniertes Kaolin Typ 3
    1 Sulfitzellstoff, gebleichter Zellstoff, Fichtenzellstoff) Anteil in der Rezeptur % 100 100 100 100
    2 Kaolin, Zugabe im Verhältnis zur Masse, % 15 25 15 25 15 25 15 25
    II. Bestimmte Eigenschaften
    1. Masse glm2 100% 100% 3,5 0,1 2,7 2,9 4,4 -0,5
    2. Dicke mm 100% 100% 11,1 18,7 17,9 18,7 12,8 13,8
    3. Volumengewlcht glcm3 100% 100% -6,9 -1,4 -13,0 -13,3 -7,6 -12,5
    4 Spezifisches Volumen cm3/g 100% 100% 4,0 4,5 15,2 14,8 7,9 14,2
    5 Cobb60 glm 100% 100% 6,3 64,1 -21,3 11,4 -23,6 2,3
    6 Weißgrad % 100% 100% 3,8 5,8 2,5 4,0 4,4 6,2
    7 Opazität % 100% 100% -2,6 -2,2 -1,5 -1,5 -1,8 -1,4
    GLÄTTE BEKK
    8 obere Seite s 100% 100% -12,6 13,0 -25,8 -17,4 5,8 27,2
    Siebseite -23,8 6,1 -21,4 -10,2 -4,8 32,0
    9 Luftdurchlässigkeit, Bendtsen cm3/ min 100% 100% 62,6 124,0 149,6 297,0 106,0 197,8
    ABREISSLAST
    10 Längs N 100% 100% 14,6 -5,6 17,4 -1,9 23,0 -15,2
    Quer -2,0 -11,2 -12,9 -6,2 -1,6 -12,3
    SELBSTABREISSBARKEIT
    11 Längs m 100% 100% 1,9 -8,4 17,6 -1,7 22,6 -14,3
    Quer -11,3 -8,9 -14,0 -4,4 -1,4 -9,9
    12 Aschengehalt (800°C) % 100% 100% 19,6 27,9 14,0 40,2 15,9 45,1
  • Anmerkung: Alle Daten aus der Standardformulierung mit 15 % bzw. 25 % Füllgrad wurden als 100 % gesetzt und die Änderungen der jeweiligen Parameter der Versuchspapiere dazu in Prozent angegeben. Dabei gilt: - Vorzeichen: der Wert ist kleiner als der Standardwert.
  • Die Tabelle 2 gibt die Parameter einer Standardmischung von Papier an, die mit einem Füllstoffanteil von 15 % bzw. 25 % des in Beispiel 1 zu den Typen 1-3 angegebenen kalzinierten Kaolins hergestellt sind.
  • Das spezifische Volumen konnte mit einem Füllstof Typ 1 nur leicht gesteigert werden. Mit den erfindungsgemäßen Füllstoffen von Typen 2 und 3 konnte das spezifische Volumen um 8 bis 15% gesteigert werden.
    • Beispiel 3
  • Das erfindungsgemäße Kalzinierte Kaolin wird in einer Papieranwendung mit dem Referenzmaterial PCC verglichen. Als Referenz wurde ein PCC mit einem Weißgrad R457 von 94,6% und einem d50 von 1,9 µm ausgewählt.
    Muster Zweck Beschreibung Dichte Korngröße Weiße
    1 Erfindung Kalziniertes Kaolin 2,10 15% < 2 µm 80,2
    2 Erfindung Kalziniertes Kaolin 2,12 15% < 2 µm 89,6
    3 Einfluss der Korngröße Kalziniertes Kaolin 2,10 80% < 2 µm 80,5
    4 Referenz PCC 50% < 2 µm 94,6
  • Für die Herstellung der Versuchspapiere werden als Rohstoffe Stärke, Füllstoff, Pigment, Retentionsmittel und Zellstoff verwendet. Die Richtrezeptur wurde nach der ersten Blattbildung so angepasst, dass das gewünschte Blattgewicht (20 g) und der gewünschte Aschegehalt (20%) erreicht wurden.
  • Die optischen und mechanischen Eigenschaften wurden bestimmt und eine anschließende Kalandrierung durchgeführt, um die Stabilität der Struktur, die durch die Kombination von Zellstoff und dem jeweiligen Füllstoff aufgebaut wird, zu prüfen und zu vergleichen.
    • Ergebnisse:
  • Eine sehr gute Reproduzierbarkeit von Aschegehalt und Blattgewicht ist bei der verwendeten Methode gegeben. Die Messdaten zeigen einen deutlichen Zuwachs im Papiervolumen durch den 1:1 Ersatz von PCC durch die groben erfindungsgemäßen kalzinierten Kaolinen (Muster 1 und 2). Das feinere kalzinierte Kaolin (Muster 3) mit niedriger Dichte bringt etwas weniger Volumen als die Referenz (Muster 4). Kalzinierte Kaoline mit einer hohen Feinheit sind deswegen nicht optimal für den Einsatz in hochvoluminösen Papieren.
    Prüfung Einheit Muster 1 Muster 2 Muster 3 Muster 4
    spezifisches Volumen cm3/g 2,09 2,06 1,81 1,84
  • Die Opazität der Papiere mit den erfindungsgemäßen kalzinierten Kaolinen (Muster 1 und 2) liegt höher als die Referenz. Das erfindungsgemäße kalzinierte Kaolin mit einem Weißgrad von 90% (Muster 2) führt außerdem zu einem höheren Weißgrad im Endprodukt. Die Papiere hergestellt mit PCC als Füllstoff zeigen zwar einen höheren Weißgrad, aber die Funktionalität bei dem Einsatz in hochvoluminösen hochwertigen Papieren (spezifisches Volumen und Opazität) ist nicht gegeben:
    Prüfung Muster 1 Muster 2 Muster 3 Muster 4
    Opazität C/2 % 94,21 92,9 94,12 90,18
    CIE Weißgrad % 71,8 75,4 70,6 76,2
  • Die Papierfestigkeiten wurden anhand von unterschiedlichen Reißlängen, Bruchwiderständen und Biegezugfestigkeiten geprüft. Bei allen Festigkeitswerten fällt auf, dass die Papiere insgesamt sehr ähnlich sind. Das bedeutet, dass der Einsatz der Kaolinprodukte keine grundsätzlichen Probleme mit den Festigkeitseigenschaften bringt. Glätte und Biegewiderstand konnten sogar noch verbessert werden.
  • Die Beispiele 1-3 zeigen, dass die kalzinierten Kaoline mit einer Dichte von 2,5-2,7 g/ml und einer Korngröße von maximal 20% < 2 µm zu einer leichten Steigerung des spezifischen Volumens führen, die kalzinierten Kaolinen mit niedriger Dichte von 1,9-2,5 g/ml und einer Korngröße von maximal 20% < 2 µm zu einer erheblichen Steigerung des spezifischen Volumens führen. Außerdem liegt die Opazität höher als bei zurzeit gängigen Füllstoffen und kann der Weißgrad gezielt ausgewählt werden. Die Festigkeitswerte sind ähnlich bis leicht besser als bei dem Einsatz von am Markt gängigen Füllstoffen.
  • Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale sind als erfindungswesentliche Merkmale anzusehen. Abwandlungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.

Claims (11)

  1. Füllstoff für die Herstellung von Papier,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Füllstoff kornartiges, kalziniertes Kaolin mit einer Dichte von 1,9 g/ml bis 2,5 g/ml nach Erhitzung von pulverisiertem Kaolin für weniger als 5 Sekunden auf über 500° C und weniger als 1500° C beinhaltet.
  2. Füllstoff nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    höchstens 20 Ma% des kornartigen, kalzinierten Kaolins eine Korngröße von weniger als 2 µm aufweise.
  3. Füllstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens 80 Ma-% des kornartigen, kalzinierten Kaolins eine Korngröße von weniger als 45 µm aufweisen.
  4. Füllstoff nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    5 bis 20 Ma-%, bevorzugt 5 bis 15 Ma-% des kalzinierten Kaolins Korngrößen von weniger als 2 µm aufweisen.
  5. Füllstoff nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    85 bis 90 Ma-%, bevorzugt 90 bis 95 Ma-% des kalzinierten Kaolins Korngrößen von weniger als 45 µm aufweisen.
  6. Füllstoff nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Weißgrad des kalzinierten Kaolins zwischen 70 % und 80 % liegt und besonders bevorzugt mehr als 75 % beträgt.
  7. Füllstoff nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Weißgrad des kalzinierten Kaolins zwischen 80 % und 90 % liegt und besonders bevorzugt mehr als 85 % beträgt.
  8. Füllstoff nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kaolin Anteile an Aluminiumoxid und Siliziumdioxid von zusammen mehr als 80 Ma-% aufweist und der Glühverlust weniger als 5 Ma-% beträgt.
  9. Verwendung eines Füllstoffs zur Herstellung von Papier,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Füllstoff kornartiges, kalziniertes Kaolin mit einer Dichte von 1,9 g/ml bis 2,5 g/ml und einer Korngröße von weniger als 45 µm bei mindestens 80 Ma-% der Körner sowie von weniger als 2 µm bei maximal 20 Ma-% der Körner verwendet wird und das kalzinierte Kaolin aus erhitztem Kaolinpulver bei einer Temperatur von 500° C - 1500° C gesintert wird.
  10. Verwendung eines Füllstoffes zur Herstellung von Papier nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Füllstoff mit einer Dichte von 1,9 bis 2,5 g/ml und einer Korngröße von weniger als 45 µm bei mindestens 85 Ma-% der Körner sowie von weniger als 2 µm bei 5 bis 20 Ma-% der Körner verwendet wird.
  11. Verwendung eines Füllstoffes zur Herstellung von Papier nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Füllstoff mit einer Korngröße von weniger als 2 µm bei 10 bis 15 Ma-% der Körner verwendet wird.
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