EP1987195B1 - Base paper and production thereof - Google Patents

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EP1987195B1
EP1987195B1 EP07711648A EP07711648A EP1987195B1 EP 1987195 B1 EP1987195 B1 EP 1987195B1 EP 07711648 A EP07711648 A EP 07711648A EP 07711648 A EP07711648 A EP 07711648A EP 1987195 B1 EP1987195 B1 EP 1987195B1
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EP
European Patent Office
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coating
microcellulose
paper
water
viscosity
Prior art date
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Application number
EP07711648A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1987195A2 (en
Inventor
Harald Schlosser
Marc Mohring
Armin Ungerer
Josef Weigl
Christian Weigl
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.)
J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
Original Assignee
J Rettenmaier and Soehne 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 J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG filed Critical J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
Publication of EP1987195A2 publication Critical patent/EP1987195A2/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1987195B1 publication Critical patent/EP1987195B1/en
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP 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
    • D21H21/00Non-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
    • D21H21/50Non-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
    • D21H21/52Additives of definite length or shape
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/50Recording sheets characterised by the coating used to improve ink, dye or pigment receptivity, e.g. for ink-jet or thermal dye transfer recording
    • B41M5/52Macromolecular coatings
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP 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
    • D21H19/00Coated paper; Coating material
    • D21H19/36Coatings with pigments
    • D21H19/44Coatings with pigments characterised by the other ingredients, e.g. the binder or dispersing agent
    • D21H19/52Cellulose; Derivatives thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/50Recording sheets characterised by the coating used to improve ink, dye or pigment receptivity, e.g. for ink-jet or thermal dye transfer recording
    • B41M5/52Macromolecular coatings
    • B41M5/5236Macromolecular coatings characterised by the use of natural gums, of proteins, e.g. gelatins, or of macromolecular carbohydrates, e.g. cellulose
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP 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
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/21Macromolecular organic compounds of natural origin; Derivatives thereof
    • D21H17/24Polysaccharides
    • D21H17/25Cellulose

Definitions

  • the invention relates to the use of a water-insoluble microcellulose for coating color dispersions for coating printing substrates, in particular for paper and board.
  • coating colors must have a very good running behavior. Not only increasing web speeds but also higher solids contents and novel pigments with rheologically problematic particle morphology (for example PCC) and higher shape factor (for example talcum) make the running behavior extremely difficult and are a real challenge in recipe optimization.
  • PCC rheologically problematic particle morphology
  • shape factor for example talcum
  • the whiteness or brightness of the papers is a key technical parameter of the final product and more than ever a very powerful marketing tool.
  • optical brighteners are increasingly used today.
  • Brighteners are known to be bound to suitable carrier materials (carriers, such as PVA, CMC), but due to a possible increase in viscosity with possible solids content reduction can be used only to a limited extent. In practice, therefore, especially at high brightener quantities - no longer the optimal brightener / carrier ratio can be set, which leads to a poorer whitening effect and to a graying, poorer light fastness and increased bleeding.
  • carriers such as PVA, CMC
  • a microcellulose with a narrow particle distribution which is produced especially for coating colors, very good water retention values and simultaneously higher solids contents of the coating color are obtained even at high web speeds and high temperatures.
  • microcellulose particles result in a barrier layer or rapid immobilization of the coating color on the raw paper interface, which prevents the water from being washed away too quickly and also binders, cobinders and other additives.
  • At high brightener doses can be achieved by partial replacement of PVA by microcellulose without solids content reduction by optimizing the brightener carrier ratio better brightening effect, light fastness with excellent bleeding fastness.
  • the main function of the co-binders and thickeners is to impart to the coating the desired viscosity and water repellency, even at higher temperatures (on-line) and higher shear stresses, i.e., higher production speeds.
  • Casein from cow's milk
  • soy protein from seeds of the soybean plant
  • starch oxidatively or enzymatically degraded starches of different origin
  • HEC hydroxyethylcellulose
  • Both CMC and HEC are obtained by chemical derivatization of the cellulose.
  • Most natural products are supplied in powder or granular form. Often, these products must first be dissolved in separate preparatory steps and only then added to the coating color.
  • Starch, soy protein and casein were used as binders in the early stages of paper coating. These products were characterized by the fact that, in addition to their binding power for the pigments, they also had the necessary thickening effect and water retention. Because of these properties, protein and especially starch are still used today as co-binder in addition to the more modern synthetic binders.
  • Polyvinyl alcohol is prepared by polymerization of vinyl acetate followed by hydrolysis.
  • Acrylate copolymers are produced by polymerization of suitable monomers such as acrylic acid and methacrylic acid and their esters, acrylonitrile, vinyl acetate, etc.
  • the so-called "associative thickeners” are hydrophobically modified acrylate copolymers with some pronounced properties.
  • hydrocolloids To develop their thickening effect, the hydrocolloids must be present in dissolved form.
  • the coating color must also have an overall favorable rheology.
  • modern coating processes with high solids contents and web speeds require pronounced pseudoplasticity, that is, decreasing viscosity at higher shear rates.
  • optical brighteners In order to achieve the highest degrees of whiteness and brightness with a shift in color hue reliably and economically, optical brighteners have become indispensable today.
  • the whiteness-increasing effect of the mostly used derivatives of Diaminöstilbendisulfonklaren based on their ability to absorb light from the non-visible ultraviolet range of daylight (350nm) and at higher wavelengths (440 nm) to emit or fluoresce.
  • the whiteness is also increased by the shift in hue from yellow to bluish.
  • the brightness of the paper is also increased.
  • the lightening effect only occurs when the optical brightener is fixed on a suitable carrier material or carrier or can "wind up".
  • co-binders which, among other properties before attem, perform a "carrier” function are polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), polyethylene glycol (PEG), polyvinyl pyrrolidone (PVP) starch, casein, MF resins and styrene-acrylate copolymers.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEG polyethylene glycol
  • PVP polyvinyl pyrrolidone starch
  • casein casein
  • MF resins styrene-acrylate copolymers
  • optical brighteners There are some factors that can seriously affect the optical brighteners in their effect.
  • these water-soluble products can migrate into the raw paper with the water, where they can hardly be reached by the UV rays.
  • the molecules of the optical brightener can attach to each other and "quench" each other, that is to make ineffective. These brightener agglomerates can even shift the color locus to green (graying / greening).
  • EP 0 710 742 A2 is a coating ink for a print carrier by the ink-jet printing method, which is characterized essentially in that a three-layer silicate is modified by acid activation of an alkali or Erdalkalismektits or by incorporation of metal oxide bridges in its layered structure and about 10 -. Parts, preferably 20 to 25 parts by weight of binder and other additives.
  • a coating ink for a printing substrate is known by the ink-jet printing method consisting essentially of a montmorillonite having a high swelling power and optionally containing a high-surface-area pigment such as synthetic silicic acid or calcium carbonate and a water-insoluble binder.
  • the high microcapillarity or specific surface area of the pigment particles results in excellent inkjet printability in the case of color printouts with good color brilliance, optical density of the colors and dot sharpness.
  • These papers are also characterized by a fast color drying and higher water resistance.
  • the acid anionic, water-soluble inks are anchored by inkjet preferably at cationic interfaces by rapid adsorption.
  • the high capillarity of the pigments facilitates the separation of dyes and liquid by chromatographic effect.
  • the larger dye molecules remain on the pigment surface, while smaller molecules, especially water and additives, are drawn into the interior of the pigments by the capillary forces.
  • This requires a high microcapillarity with a defined pore radius and / or improved water resistance. Due to their high specific surface area of the very expensive silicates used today, their binder requirement is very high (up to 30 - 40 parts binder). In turn, binders are also expensive and, in turn, occupy a large portion of the surface, thus reducing the active surface area.
  • a coating dispersion for coating paper and board contains a microcellulose with a narrow particle distribution and an average particle diameter (d 50%) of approx. And a weakly anionic interfacial charge (zeta potentials of -17 to -20 mV) specially developed for the coating process.
  • microcellulose In addition to the high intrinsic water retention of the microcellulose, the water-affluent microcellulose particles result in a barrier layer or rapid immobilization of the coating color on the base paper interface, which prevents the water from being washed away too quickly and also binders and other additives. Like all hydrocolloids, microcellulose binds significant amounts of water molecules to their interface, increasing their diameter and volume and occupying more space in the aqueous phase of the coating.
  • the investigations show that both the viscosity at low shear rates and at higher shear rates (high shear) with microcellulose decreases compared to starch and CMC in the coating color.
  • the investigations also show a lower dynamic viscosity than in formulations with starch and CMC.
  • the oscillatory measurement makes it possible to distinguish between elastic and plastic flow behavior.
  • the stress on the coating color is increased by the above-mentioned increase of the deflection amplitude. As a result, the particles are moved against each other.
  • a fully elastic system shows a shift angle of 0 °; a fully plastic system with a phase shift of 90 °.
  • G ' Low values of G 'correspond to high mobility with significantly reduced forces between the particles.
  • the low storage modulus G ' corresponds to previous experience, that is to say a rapid immobilization and barrier action of the water-insoluble microcellulose at the paper and cardboard interface prevents the coating ink from sagging due to steric hindrance as well as increased penetration of binders and other additives.
  • the remaining coating color over the barrier layer remains mobile, d. H. it is easy to level.
  • microcellulose has a positive effect on the process described by the action mechanism described, even in the case of extremely short effects of pressure pulses.
  • starch products are preferably used for surface sizing. With additional additives, certain effects are sought.
  • the film-forming effect of the starch can be effectively improved by reducing the penetration depth or a saving of the strength can be achieved.
  • the microcellulose Compared to CMC, which has hitherto been used as a regulator for the penetration depth of starch size press formulations, the microcellulose exhibits good water retention even at relatively high temperatures and, in addition, causes a barrier at the paper interface due to steric hindrance of the water-insoluble particles, which leads to increased penetration of the starch into the base paper prevents or controls accordingly.
  • microcellulose has a very high substantivity for optical brightener (carrier effect), very good water resistance and an improvement in abrasion resistance (abrasion resistance).
  • PVA is one of the most widely used carriers in the paper industry because of its excellent carrier effect for optical brighteners, used alone or in combination with CMC.
  • an optimal ratio between whitener and carrier material (carrier) is a prerequisite for the efficient use of optical brighteners. Due to the increasing trend towards higher paper whiteness levels, more and more added amounts of optical brighteners are associated with high carrier application rates, which leads to very high viscosity increases in the coating color. This is currently counteracted by dilution with water (solids content reduction) or often too small amounts of carrier added in relation to the optical brightener to avoid the viscosity increases, but this leads to insufficient utilization of the brightener potential, lack of light fastness and bleeding fastness.
  • microcellulose is not a completely equivalent substitute for PVA, very high carrier amounts and brightener amounts without Viskosefiöhung or dilution of the coating color by the combined use of PVA and microcellulose with the advantages of high lightfastness, a high brightening effect and above all a high bleed fastness can be implemented because the water-insoluble microcellulose for steric reasons, the penetration and migration processes that lead to bleeding can not join.
  • the free optical brighteners which are not bound to a carrier achieve the worst light fastnesses.
  • the CMC is replaced by microcellulose in a combination of PVA and CMC carriers, the brightener effect is improved due to the lower penetration of the brightener into the base paper (barrier effect, higher solids content).
  • coated digital printing papers for example color laser printing papers
  • microcellulose a significant improvement in toner adhesion was observed with appropriate calendering conditions.
  • microcellulose achieves a more open line structure or a faster and more uniform ink strike away from CMC or starch.
  • the more uniform and lower binder migration to the coating surface results in a smoother printed image or less mottling.
  • gravure printing no impairment of printability was observed, while starch and CMC in the form of missing dots had a negative effect.
  • the invention further provides a process for the preparation of a cationic microcellulose dispersion which is preferably used for specialty papers, such as inkjet papers.
  • the process of cationization is carried out by initially introducing the anionic microcellulose in an aqueous medium and adding one or more cationic additives to this medium while stirring, depending on the desired charge density.
  • a zeta potential of + 5 mV to + 90 mV results.
  • the cationic or cationized water-soluble polymers are generally characterized by containing quaternary nitrogen atoms in the main chain and / or in the side chains.
  • polymeric diallyl compounds examples include polymeric diallyl compounds, melamine-formaldehyde resins, epichlorohydrin resins, dicyandiamide resins, quaternary acrylates and inorganic polymers such as Polyaluminum hydroxychloride (PAC), cationically modified polyacrylamides (PAA), polyamidoamines (PAAM), polyamines (PA) and polyethylenimine (PEI).
  • PAC Polyaluminum hydroxychloride
  • PAA cationically modified polyacrylamides
  • PAAM polyamidoamines
  • PA polyamines
  • PEI polyethylenimine
  • poly-DADMAC poly (diallyldimethylammonium chloride)
  • poly-DADMAC which preferably has a molecular weight of 60.00 to 120,000, has proved to be particularly suitable.
  • the cationic microcellulose thus prepared may be applied to the base paper in the present form or may be applied in admixture with various pigments without binder addition such as, for example, kaolin, GCC, PCC, precipitated silicates, bentonites or other pigments.
  • various pigments such as, for example, kaolin, GCC, PCC, precipitated silicates, bentonites or other pigments.
  • cationic formulations up to 100 parts of the cationic microcellulose can be used.
  • the active ingredient content can be set individually according to customer requirements and is 10% dry matter in the application examples.
  • the coating pigments used are commercial pigments and mixtures thereof, such as, for example, kaolin, ground calcium carbonate (GCC), precipitated calcium carbonate (PCC), talc, precipitated silicates, titanium dioxide and aluminum hydroxides.
  • GCC ground calcium carbonate
  • PCC precipitated calcium carbonate
  • talc precipitated silicates
  • titanium dioxide and aluminum hydroxides Both the basic binder and the Spezialbirider are polymer dispersions (manufacturers for example BASF AG or Dow Chemical), which are found on the market with a wide variety of product properties. Combinations and copolymers are found which have been prepared with very different starting materials (monomers) (for example butadiene styrene, acrylic acid ester styrene, acrylic acid ester vinyl acetate, etc.). As Cobinder the products described in the patent can be used.
  • Suitable optical brighteners are derivatives of diaminostilbenesulfonic acids, which are preferably used in the paper industry. There are both disulfo-, tetrasutfo- or Hexasulfoaufheller used (manufacturer Clariant AG, Bayer or Ciba Geigy). As crosslinkers are preferably modified glyoxal products, epoxy resins, urea and melamine-formaldehyde resins and zirconium derivatives used.
  • the classical leveling agents (lubricants) are predominantly dispersions of calcium stearates, ammonium stearates, wax emulsions and PEG.
  • the base paper is wood-free, wood-containing and up to 100% recycled paper containing base paper or paperboard.
  • the print carrier has a basis weight between 30 g / m 2 otro and 350 g / m 2 otro.
  • the application of the coating color dispersion takes place according to the present invention within (online) and / or outside (offline) the paper machine.
  • applicators known from the prior art applicators are used, which, for example. Film presses, curtain coater, spray coating, roller coating, bar coating, blade coater, speed coater, Massey process, flooded nip, and the like.
  • the coating speed of the coating color dispersion takes place at a speed between 150 m / min and 2000 m / min.
  • coated papers lend themselves to a variety of printing processes as known in the art. These may be, for example, the offset printing method, the gravure printing method, inkjet method, flexographic printing method, heat set method, cold set method, laser printing method and the like. Another aspect of the invention is that the coated paper according to the invention has an excellent recycling behavior.
  • a high performance disperser was used to prepare the coating. Binder (BASF), cobinder, microcellulose and other additives were added successively to the GCC slurry (Omya) with stirring, the pH was adjusted with NaOH, and the viscosity was adjusted with residual water.
  • the microcellulose products are described in the company publication J. Rettenmaier u. Sons, Rosenberg described in detail.
  • V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 Pigment CaCO 3 (GCC) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Binder / co-binder Additive synth. binder 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 PVA (4-98) 0.6 0.6 - 1.0 1.0 - 1.0 CMC 0.45 - - 0.45 - 0.45 - Strength 2 1.5 0.8 2 1.5 2.0 0.8 nitrocellulose - 0.45 0.75 - 0.45 0.75 0.75 stearate 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 optical brightener 0.3 0.3 0.3 0.6 0.6 0.6 0.6 Solids content (%) 68.6 70.2 72.1 67.2 68.8 69.1 69.5 pH 8.8 8.6 8.7 8.8 8.7 8.7 8.8 Viscosity (mPas) 1240 1120 1180 1220 1140 1220 1130 Brookf.
  • the base paper used was a 46 g / m2 wood-containing base paper.
  • the coating is 12 g / m 2 .
  • the smoothness of Bekk sec. was in accordance with DIN 53107.
  • the assessment of the printability was carried out with the test printing device Fa. strigbau (multi-purpose trial printing device).
  • V1 V2 V3 V4 V5 Pigment calcium carbonate 70 70 70 70 70 (GCC) coating kaolin 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 Binder / co-binders additives: (Styrene-acylate) 10 10 9 10 9.5 PVA (4-98) 2.0 2.0 2.0 2.0 1.5 Ca stearate 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 CMC 0.4 - - - - Strength - - - 3.0 1.0 optical brightener 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6.
  • the binder savings which can be up to more than 2 parts binder depending on the formulation and solids content increase, is made possible by the lower penetration of the binder by the higher solids content and by the barrier action of the microcellulose at the paper's interface.
  • Example 2 To prepare the coating colors and the rheological properties, application by hand wringer and calendering the methods mentioned in Example 1 were used. At the same time measurements were carried out with the Haake viscometer in the higher shear range.
  • the rotational viscometer with a coaxial cylinder system enables measurements in the defined shear gap. By choosing the speed of the rotating body and the dimensions of the shear gap can be the shear rate in the wide range up. Max. 4 10 4 s -1 vary.
  • the coat application weight is 10 g / m 2 .
  • V1 V2 V3 V4 Pigment coating kaolin 70 70 70 70 (high aspect ratio) Calcium carbonate (GCC) 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 Binder / co-binders additives Synthetic binders 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 PVA - - 0.8 0.5 nitrocellulose - 0.2 - 0.3 Synthetic thickener 0.5 0.3 0.35 0.2 Ca stearate 0.8 0.8 0.8 0.8 optical brightener - - 0.5 0.5 Solids content% 57.5 58.8 56.2 57.8 Brookfield viscosity 100 rpm (mPas) 950 890 1050 1020 Whiteness R 457 with UV 76.1 75.9 82.6 82.0
  • the Haake viscosity of the individual formulations correlates with the Brookfield viscosity, with the formulations with the microcellulose tending to be slightly lower.
  • Cationic microcellulose Due to the high cationic interfacial charge (zeta potential) and microcapillarity of the microcellulose, the anionic, water-soluble ink ink inks are anchored to the surface by rapid adsorption. In addition, the capillarity of the microcellulose promotes the separation of dyes and liquid by the chromatographic effect. Cationic microcellulose has an excellent water retention capacity, which has a correspondingly positive effect on the quality properties, especially of pigmented cationic streaks.
  • Example 2 For the preparation of the cationic coating colors and measurement of the rheological properties, application by doctor blade and calendering the methods mentioned in Example 1 were used. The charge measurement (zeta potential) was carried out with a zeta meter based on the principle of microelectrophoresis.
  • V1 V2 V3 V4 V5 Coating pigments coating kaolin - - 100 mod. CaCO3 - - - 100 100 Binder / co-binders additives Synth. Binder (cat.) - - - 18 18 nitrocellulose 85 70 35 - 2 cationic agents 15 30 15 9 9 crosslinkers 0.2 0.2 0.2 0.5 0.5 Coating color properties Solids content (%) 10.5 10.0 15.6 26.0 27.2 Viscosity Brookf. 940 640 620 540 450 (MPas) Zeta potential (MV) +64 +90 +93 +82 +85 PH value 7.3 8.2 5.9 8.6 8.7
  • microcellulose cationic coating colors provide excellent inkjet printability in both HP CP 1160, HP 895 Cxi, HP 950, Epson C 80, and Canon J750 inkjet prints that are significantly superior to conventionally coated and surface sized papers on color brilliance, optical density of Distinguish colors, point sharpness, bleeding and mottling.
  • the coating colors are also characterized by rapid color drying (increase in smudge resistance) and higher water resistance. Due to the excellent water retention capacity of cationic microcellulose, even with pigmented, cationic coating colors with high inkjet quality characteristics with 1-2 parts of cationized microcellulose, further quality improvements can be achieved in all printers in terms of color brilliance, bleeding and mottling.
  • the application unit Jetflow F with Stiff Blade was used as the application unit.
  • Coating application weight 12 g / m 2 Coating application weight 12 g / m 2 .
  • attitude 1 2 3 Working speed - 300 m / min 500 m / min Roll temperature H1 / H2 - 90 ° C / 90 ° C 90 ° C / 90 ° C line force - 110 N / mm 300 N / mm nip - 3 11
  • the calendering according to setting 2 corresponded to the calendering conditions of an offset paper and the setting 3 to the calendering conditions of a rotogravure paper.
  • the non-calendered paper pattern (setting 1) was changed to V4, the setting 2 calendered paper samples to V4! as well as the calendered with the setting 3 Textilmusten marked V4II.
  • V1 V2 V3 V4 Pigment Calcium carbonate (GCC) 70 70 70 70 70 coating kaolin 30 30 30 30 30 30 30 30
  • Binder / co-binder additives Synth. Binder 1 12.0 12.0 - - (Styrene-acrylate) Synth. Binder 2 - - 9.0 9.0 (Styrofoam-acrylate) PVA 4-98 - - 2.5 2.5 CMC 0.4 0.4 - - optical brightener 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 NaCl - 2.0 - 2.0 nitrocellulose - - 0.5 0.5
  • microcellulose gives rise to advantages in terms of offset in terms of repelling the printing ink. Only with strong gravure inking (V4 II), which are not common in offset, it comes to repel the ink. Despite the stronger thickening effect or stronger Viscosity increase of PVA compared to the synthetic binders there are advantages with solid content development. It can also be deduced from the investigations that the combination PVA / microcellulose has a good degree of whiteness or a good carrier effect for optical brighteners.
  • the printing and processing experiments with the test papers V1-V4 were carried out with a digital printing line of Océ. It can come at 1000 pages per minute with double-sided printing at the offset formulation V1 because of the high static charge to running problems. In particular, the coated papers produced with microcellulose are characterized in terms of toner adhesion.

Abstract

The invention relates to a dispersion for incorporation into a fibrous suspension for producing paper or card or for coating paper or card or other sheetlike, preferably fibrous structures; the coating dispersion contains microcellulose; the microcellulose has an average particle diameter of 1 to 100 nm; the particles have a weakly anionic surface charge.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer wasserunlöslichen Mikrocellulose für Streichfarbendispersionen zur Beschichtung von Druckträger, insbesondere für Papier und Karton.The invention relates to the use of a water-insoluble microcellulose for coating color dispersions for coating printing substrates, in particular for paper and board.

Grafische Papiere machen einen wichtigen Teil der Papierproduktion aus und nehmen hinsichtlich der Nutzung durch die Gesellschaft einen der vorderen Plätze ein: sie sind Übertragungsmedium für Information, Unterhaltung und Werbung. Ihre Entwicklung wird in großem Masse davon abhängen, ob sie sich durch optimale Leistungsmerkmale gegenüber anderen Kommunikations- und Werbemedien behaupten können.Graphic papers make up an important part of paper production and occupy a leading position in society's use: they are a medium of information, entertainment and advertising. Their development will largely depend on their ability to compete with other communication and advertising media.

Um eine gute Rentäbitität zu erzielen, muss der Wert eines Produktes steigen, während gleichzeitig die Produktionskosten sinken. Diese teilweise gegensätzlichen Forderungen, wie zum Beispiel Qualitätssteigerung, Reduzierung der flächenbezogenen Masse bei zunehmenden Produktionsgeschwindigkeiten, lassen sich mit konventionellen Veredelungsmethoden sicht mehr, oder nur mit erhöhten Kosten, erfüllen.In order to achieve good profitability, the value of a product must rise while at the same time reducing production costs. These partially contradictory requirements, such as increasing quality, reducing the basis weight at increasing production speeds, can be achieved with conventional finishing methods, more or only with increased costs.

Um wettbewerbsfähig zu bleiben; müssen die Papierhersteller die Kostenstruktur ihres gesamten Herstellungsprozesses immer wieder optimieren. Die größten Kostenfaktoren sind unschwer auszumachen: der Gesamt-Energieverbrauch und die Rohstofflcosten. Während die Energiekosten aber auch Rohstoffkosten wie Streichpigmente, Binder und sonstigen Additive in den letzten 2 Jahren erhebliche Kostenerhöhungen mit sich brauchten, ist seit den 80iger Jahren ein stetiger Abwärtstrend bei den realen Papierpreisen zu registrieren.To stay competitive; Paper manufacturers have to optimize the cost structure of their entire production process over and over again. The biggest cost factors are easy to identify: total energy consumption and raw material costs. While energy costs as well as raw material costs such as coating pigments, binders and other additives have required substantial cost increases over the past two years, a steady downward trend in real paper prices has been recorded since the 1980s.

Diese Entwicklungskosten fordern Kosteneinsparung bei der Papierherstellung mit spezialisierter Herstellungstechnologie, wenn möglich online ohne Gefahr von Störungen, die von maßgeschneiderten Streichfarben von hohem Feststoffgehatt bedient wird.These development costs call for cost savings in papermaking with specialized manufacturing technology online, if possible, without the risk of disruptions served by bespoke, high solids content coating colors.

Um den Energieverbrauch wirklich zu senken, müssen sowohl Maschinentechnik als auch Steuerung und Rohstoffe in die Optimierung einbezogen werden.To really reduce energy consumption, both machine technology and control and raw materials must be included in the optimization.

Bei der Oberflächenbehandlung hat der Trend zum berührungsärmeren oder - freien Oberflächenauftrag die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens insgesamt verbessert.
Durch bessere Nutzung des vorhandenen chemischen Potentials sind ebenfalls noch erhebliche Einsparungen möglich.
In the surface treatment, the trend towards less contact or surface contact has improved the overall cost-effectiveness of the process.
By making better use of the existing chemical potential, considerable savings are also possible.

Während in den Anfangszeiten der Papierstreicherei nur die optischen Qualitäten des gestrichenen und bedruckten Papiers von Wichtigkeit waren, kommt jetzt den Laufeigenschaften beim Streichprozess eine immer größer werdende Bedeutung zu. Um wirtschaftlich konkurrenzfähig zu bleiben, müssen die Erzeuger von gestrichenen Papieren und Kartons nicht nur ihre Einsatzstoff-und Formulierungskosten senken, sondern auch ihre Produktivität erheblich erhöhen. Der einfachste Weg zur Produktionserhöhung ist die Steigerung der Bahngeschwindigkeit, da dieser Schritt meist ohne große technologische Investitionen erfolgen kann. Daher ist es verständlich, dass die Bahngeschwindigkeit für die gestrichenen Massenpapiere (zum Beispiel für LWC-Rollenoffset und - Tiefdruck) heute- noch vor einigen Jahren unvorstellbare - 1700 m/min erreicht hat. Die technologische Entwicklung zur Erhöhung der Maschinengeschwindigkeit geht unvermindert weiter.While only the optical qualities of the coated and printed paper were of importance in the early days of paper coating, the running properties of the coating process are becoming increasingly important. To remain economically competitive, coated board and paperboard producers must not only reduce their input and formulation costs, but also significantly increase their productivity. The easiest way to increase production is to increase the web speed, as this step can usually be done without major technological investment. Therefore, it is understandable that the web speed for the coated mass papers (for example, LWC web offset and gravure printing) has reached 1700 m / min today, unimaginable a few years ago. The technological development to increase the machine speed continues unabated.

Um diesen technologischen Fortschritt zu begleiten, müssen Streichfarben ein sehr gutes Laufverhalten aufweisen. Nicht nur steigende Bahngeschwindigkeiten sondern auch höhere Feststoffgehalte und neuartige Pigmente mit rheologischen problematischer Teilchenmorphologie (zum Beispiel PCC) und höherem shape factor (zum Beispiel Talkum) gestalten das Laufverhalten äußerst schwierig und sind eine echte Herausforderung bei der Rezeptoptimierung.To accompany this technological progress, coating colors must have a very good running behavior. Not only increasing web speeds but also higher solids contents and novel pigments with rheologically problematic particle morphology (for example PCC) and higher shape factor (for example talcum) make the running behavior extremely difficult and are a real challenge in recipe optimization.

Die gestiegenen Anforderung an Produktivität und Prozessfähigkeit bei der Herstellung der gestrichenen Papiere und Kartons einerseits und an Qualität, Aussehen und Bedruckbarkeit des Endprodukts andererseits haben bewirkt, dass eine große Zahl von verschiedenen Additiven Eingang in die Papierherstellung gefunden hat, die jedoch in manchen Bereichen den Anforderungen nicht mehr im vollen Umfang gerecht werden.The increased demand for productivity and process capability in the production of coated papers and cartons on the one hand and quality, On the other hand, the appearance and printability of the end product have caused a large number of different additives to find their way into papermaking, but in some areas they no longer fully meet the requirements.

So zeigen zum Beispiel bisher bewährte Cobinder und Verdicker wie wasserlösliche Stärke und CMC bei höheren Schereinwirkungen beziehungsweise Bahngeschwindigkeiten und die bei der Online-Fahrweise bedingten höheren Temperatur der Streichfarbe unzureichende Wasserretention, was zu erheblichen Lauf- und Qualitätsproblemen führt wie übermäßiges Wegschlagen des Wassers und damit verstärkte Penetration von Bindern, Cobindern und sonstigen Additiven, Schwächung des Fasergefüges, Absacken der Streichfarbe, drastische Änderung der Rheologie, Strichgewichtsschwankungen, Anstieg des Feststoffgehaltes in Streichfarbenkreislauf, erhöhte Schaberdrücke beim Blade-Streichen, abnahme des Strichvolumens und ungleichmäßige Bindemittelverteilung (Mottling im Offsetdruck).For example, previously proven cobinders and thickeners such as water-soluble starch and CMC show insufficient water retention at higher shear effects or web speeds and the higher temperature of the coating color due to the online driving style, which leads to considerable running and quality problems such as excessive water repellency and thus increased penetration Penetration of binders, cobinders and other additives, weakening of the fiber structure, sagging of the coating color, drastic change in rheology, bar weight fluctuations, increase in solids content in coating color cycle, increased blade pressure on blade coating, decrease in coating volume and uneven binder distribution (mottling in offset printing).

Wird die Wasserretention durch erhöhte Mengen CMC oder synthetische Verdicker angehoben, muss durch den starken Viskositätsanstieg der Feststoffgehalt mit all seinen nachteiligen Folgen reduziert werden.If the water retention is increased by increased amounts of CMC or synthetic thickeners, the strong viscosity increase must reduce the solids content with all its adverse consequences.

Der Weißgrad beziehungsweise die Helligkeit der Papiere ist ein wesentlicher technischer Parameter des Endproduktes und mehr denn je ein sehr kräftiger Marketinginstrument.The whiteness or brightness of the papers is a key technical parameter of the final product and more than ever a very powerful marketing tool.

Um höchste Weißgrade sowie Helligkeit zu erzielen, werden heute verstärkt optische Aufheller eingesetzt.To achieve the highest whiteness and brightness, optical brighteners are increasingly used today.

Aufheller müssen bekanntlich an geeignete Trägermaterialen (Carrier, wie zum Beispiel PVA, CMC) gebunden werden, die jedoch wegen eines möglichen Viskositätsanstieg mit eventueller Feststoffgehaltsreduzierung nur im begrenzten Umfang eingesetzt werden können. In der Praxis kann deshalb - vor allem bei hohen Aufhellermengen - nicht mehr das optimale Aufheller/Carrier-Verhältnis eingestellt werden, was zu einer schlechteren Aufhellerwirkung und zu einer Vergrauung, einer schlechteren Lichtechtheit und verstärkten Ausbluten führt. Mit einer speziell für Streichfarben hergestellten Mikrocellulose mit enger Teilchenverteilung ergeben sich auch bei hohen Bahngeschwindigkeiten und hohen Temperaturen sehr gute Wasserretentionswerte bei gleichzeitig höheren Feststoffgehalte der Streichfarbe. Neben der Eigenwasserretention der Mikrocellulose kommt es durch Mikrocelluloseteilchen zu einer Barriereschicht beziehungsweise schnellen Immobilisierung der Streichfarbe an der Rohpapiergrenzfläche, was ein zu schnelles Wegschlagen des Wassers sowie Binder, Cobinder und sonstigen Additiven verhindert.Brighteners are known to be bound to suitable carrier materials (carriers, such as PVA, CMC), but due to a possible increase in viscosity with possible solids content reduction can be used only to a limited extent. In practice, therefore, especially at high brightener quantities - no longer the optimal brightener / carrier ratio can be set, which leads to a poorer whitening effect and to a graying, poorer light fastness and increased bleeding. With a microcellulose with a narrow particle distribution, which is produced especially for coating colors, very good water retention values and simultaneously higher solids contents of the coating color are obtained even at high web speeds and high temperatures. In addition to the intrinsic water retention of the microcellulose, microcellulose particles result in a barrier layer or rapid immobilization of the coating color on the raw paper interface, which prevents the water from being washed away too quickly and also binders, cobinders and other additives.

Das bedeutet neben einer Verbesserung der Laufeigenschaften auch bei hohen Bahngeschvirihdigkeiten und auch bei hohen Temperaturen (Online-Fahrweise) durch eine geringere Penetration von Wasser, Binder und sonstigen Additiven - bedingt durch den höheren Feststoffgehalt sowie Barrierewirkung der Mikrocellulose auch eine Einsparung von Bindern und sonstigen Additiven bei gleichzeitiger Glanz- und Glättesteigerung.This means not only an improvement of the running properties but also at high Bahngeschvirihdigkeiten and at high temperatures (online mode) by a lower penetration of water, binders and other additives - due to the higher solids content and barrier effect of microcellulose and a saving of binders and other additives with simultaneous gloss and smoothness increase.

Besonders muss hierbei die Einsparung der Trocknungsenergie durch die höheren Feststoffgehalte hervorgehoben werden.In particular, the savings in drying energy due to the higher solids content must be emphasized here.

Bei hohen Aufhellerdosierungen lassen sich durch Teilersatz von PVA durch Mikrocellulose ohne Feststoffgehaltsreduzierung durch Optimierung des Aufheller-Carrierverhältnises bessere Aufhellerwirkung, Lichtechtheiten mit ausgezeichneter Ausblutechtheit erzielen.At high brightener doses can be achieved by partial replacement of PVA by microcellulose without solids content reduction by optimizing the brightener carrier ratio better brightening effect, light fastness with excellent bleeding fastness.

Femer wird die Herstellung hochqualitativer, kostengünstiger Inkjet-Papiere mit kationisierter Mikrocellulose ohne und mit Pigment beschrieben.
In Gegensatz zu den wasserlöslichen Cobindem ergeben bei der Streichfarbenrückführung beziehungsweise Ausschussverarbeitung die wasserunlösliche Mikrocellulose keine Kreislauf - und Abwasserbelastung durch CSB.
Furthermore, the production of high-quality, low-cost inkjet papers with cationized microcellulose without and with pigment is described.
In contrast to the water-soluble cobinders result in the coating color recirculation or reject processing water insoluble microcellulose no circulation and sewage pollution by COD.

Stand der TechnikState of the art

Für die "Runabitity" einer Streichfarbe sind Feststoffgehalt, Viskosität und Wasserretention die wichtigsten Steuergrößen, die vorwiegend durch Cobinder und Verdicker reguliert werden. Die Abstimmung dieser Streichfarbenkriterien auf das jeweilige Auftragsverfahren, Basispapier und die Arbeitsgeschwindigkeiten ist eine notwendige Maßnahme zur Erzielung guter Laufeigenschaften und optimaler Striche.For the "runabitity" of a coating color, solids content, viscosity and water retention are the most important control variables, which are regulated predominantly by cobinder and thickener. The matching of these coating color criteria to the respective application method, base paper and the working speeds is a necessary measure for achieving good running properties and optimal lines.

Die Hauptfunktion der Cobinder und Verdicker besteht darin, dass sie der Streichfarbe die erwünschte Viskosität und das nötige Wasserrückhattevermögen auch bei höherer Temperatur (Online-Fahrweise) und höheren Scherbeanspruchungen das heißt höheren Produktionsgeschwindigkeiten verleihen.The main function of the co-binders and thickeners is to impart to the coating the desired viscosity and water repellency, even at higher temperatures (on-line) and higher shear stresses, i.e., higher production speeds.

Schon ab dem ersten Kontakt mit der mehr oder wenigen saugfähigen Oberfläche des Papiers beziehungsweise Kartons verliert die Streichfarbe erhebliche Mengen an Wasser durch Kapillardruck des Substrats. Die Wasserabgabe wird zusätzlich verstärkt durch Dnickverhältnisse, die sowohl bei der Auftragswalze als auch unter dem Rakel herrschen. Dem muss durch Cobinder und Verdicker entsprechend entgegengewirkt werden.Even from the first contact with the more or less absorbent surface of the paper or cardboard, the coating color loses considerable amounts of water by capillary pressure of the substrate. The release of water is further enhanced by Dnickverhältnisse that prevail both in the applicator roll and under the doctor. This must be counteracted by cobinder and thickener accordingly.

Bei dem PTS-Seminar 2006 in München Herstellung und Beurteilung von Streichfarben" Manuskript SK 659 2006 wird über die Herstellung und Beurteilung von Streichfarben ausführlich berichtet wobei sich der Beitrag von H. Hanciogullari explizit mit Additiven zur gezielten Beeinflussung von Lauf- und Qualitätseigenschaften befasst.At the PTS seminar 2006 in Munich Production and evaluation of coating colors "Manuskript SK 659 2006 the production and evaluation of coating colors is described in detail. The contribution of H. Hanciogullari deals explicitly with additives for the targeted influence of running and quality properties.

Mann kann Cobinder und Verdicker grob in "natürliche" und "synthetische" Produkte einteilen. Bei den sogenannten natürlichen Produkten (das heißt auf natürlicher Rohstoffbasis) unterscheidet man zwischen Proteinen und Polysacchariden.You can roughly divide cobinders and thickeners into "natural" and "synthetic" products. In the so-called natural products (that is, on a natural raw material basis) one differentiates between proteins and polysaccharides.

Casein (aus Kuhmilch) und Soja-Protein (aus Samen der Sojapflanze) gehören zu den Proteinen, während Stärke (oxidativ beziehungsweise enzymatisch abgebaute Stärken unterschiedlicher Herkunft), Carboxymethylcellulose (= CMC) Hydroxyethylcellulose (=HEC) Alginate (aus bestimmten Meeresalgen) zu den Polysacchariden gezählt werden. Sowohl CMC als auch HEC werden durch chemische Derivatisierung der Cellulose gewonnen. Die meisten natürlichen Produkte werden in Pulver- oder Granulatform geliefert. Oft müssen diese Produkte in separaten Vorbereitungsschritten zunächst aufgelöst und erst danach zu der Streichfarbe zudosiert werden.Casein (from cow's milk) and soy protein (from seeds of the soybean plant) belong to the proteins, while starch (oxidatively or enzymatically degraded starches of different origin), carboxymethylcellulose (= CMC) hydroxyethylcellulose (= HEC) alginates (from certain sea algae) belong to the Polysaccharides are counted. Both CMC and HEC are obtained by chemical derivatization of the cellulose. Most natural products are supplied in powder or granular form. Often, these products must first be dissolved in separate preparatory steps and only then added to the coating color.

Stärke, Soja-Protein und Casein fanden in der Anfangsphase der Papierstreicherei als Bindemittel Verwendung. Diese Produkte zeichneten sich dadurch aus, dass neben ihrer Bindekraft für die Pigmente auch die nötige Verdickungswirkung und Wasserretention verfügten. Auf Grund dieser Eigenschaften werden Protein und insbesondere Stärke heute noch neben den moderneren synthetischen Bindemittel als Cobinder eingesetzt.Starch, soy protein and casein were used as binders in the early stages of paper coating. These products were characterized by the fact that, in addition to their binding power for the pigments, they also had the necessary thickening effect and water retention. Because of these properties, protein and especially starch are still used today as co-binder in addition to the more modern synthetic binders.

Die synthetischen Produkte beinhalten Polyvinylalkohol (=PVOH), Acrylatcopolymere und assoziative Verdicker. Polyvinylalkohol wird durch Polymerisation von Vinylacetat mit anschließender Hydrolyse hergestellt. Acrylatcopolymere werden durch Polymerisation von geeigneten Monomeren wie Acrylsäure und Methacrylsäure sowie deren Ester, Acrylnitril, Vinylacetat usw. produziert. Die sogenannten "Assoziativ-Verdicker" sind hydrophob modifizierte Acrylatcopolymere mit einigen ausgeprägten Eigenschaften.The synthetic products include polyvinyl alcohol (= PVOH), acrylate copolymers and associative thickeners. Polyvinyl alcohol is prepared by polymerization of vinyl acetate followed by hydrolysis. Acrylate copolymers are produced by polymerization of suitable monomers such as acrylic acid and methacrylic acid and their esters, acrylonitrile, vinyl acetate, etc. The so-called "associative thickeners" are hydrophobically modified acrylate copolymers with some pronounced properties.

Die Hauptfunktion dieser Produkte besteht darin, dass sie der Streichfarbe die erwünschte Viskosität und das nötige Wasserrückhaltevermögen verleihen. Um diese Effekte zu zeigen, muss ein Cobinder beziehungsweise Verdicker eine starke Wechselwirkung mit Wassermolekülen (für Wasserretention) und anderen Rezeptbestandteilen, insbesondere mit Pigmenten (für Verdickungswirkung) aufweisen. Man erwartet außerdem eine ausgeprägte Strukturviskosität (= Pseudoplatizität) im rheologischen Verhalten. Erst die Kombination dieser Faktoren ergibt eine gute Ausgangsbasis für gute Laufeigenschaften. Unabhängig davon, in welcher Form und auf welcher chemischen Basis diese Produkte zur Verfügung stehen, müssen sie einige Hauptanforderungen erfüllen, um überhaupt als Cobinder beziehungsweise Verdicker eingesetzt werden.The main function of these products is to give the coating color the desired viscosity and water retention capacity. Around To show these effects, a co-binder or thickener must have a strong interaction with water molecules (for water retention) and other recipe components, in particular with pigments (for thickening effect). In addition, a pronounced structural viscosity (= pseudoplatancy) in the rheological behavior is expected. Only the combination of these factors provides a good starting point for good running properties. Regardless of the form and chemical basis on which these products are available, they must meet some of the key requirements to be used as cobinder or thickener at all.

Die Hauptanforderungen und Hauptfunktionen an Verdicker sind:

  • Wechselwirkung mit Wasser: Wasserretention
    • Vermeidung übermäßiges Wegschlagen des Wassers (Penetration wasserlösliche Binder, Cobinder und Additive)
    • keine Schwächung des Fasergefüges
      Das Papiergefüge wird durch die aufgenommene Wassermenge schwächer, die Papierbahn kann dann unter Zugbeanspruchung leicht reißen.
    • Keine drastische Änderung der Rheologie zunehmender Feststoffgehalte und zunehmende Viskositäten bei niedriger Wasserretention führen zu dilatanten Fließverhalten und somit zu Rakelstreifen, Bartbildung am Blade etc.
    • Kein anstieg des Feststoffgehaltes im Streichfarbenkreislauf
      Der Feststoffgehalt der Streichfarbe im Kreislauf erhöht sich innerhalb weniger Stunden, da übermäßige Wasserabgabe an das Papier auch eine Verarmung an wasserlöslichen Polymere in der Streichfarbe bedeutet. Insbesondere bei Vorstrichen ist dieses Phänomen oft anzutreffen. Außerdem kommt es zu einer Bindemittelverarmung, was zu Verdruckbarkeitsproblemen führen kann. Mit der Erhöhung des Feststoffgehaltes der Streichfarbe wird ein konstanter Strichauftrag immer schwieriger; oft muss man den Blade-Druck erhöhen, um das Strichgewicht zu halten.
  • Wechselwirkung mit Pigmenten: Verdickungswirkung
The main requirements and main functions of thickeners are:
  • Interaction with water: water retention
    • Avoidance of excess water penetration (penetration of water-soluble binders, cobinders and additives)
    • no weakening of the fiber structure
      The paper structure is weaker by the amount of water absorbed, the paper web can then tear easily under tensile stress.
    • No drastic change in the rheology of increasing solids contents and increasing viscosities with low water retention lead to dilatant flow behavior and thus to doctor blade streak, blade formation on the blade, etc.
    • No increase in solids content in the coating color cycle
      The solids content of the coating in the circulation increases within a few hours, since excessive release of water to the paper also means a depletion of water-soluble polymers in the coating color. Especially with primers, this phenomenon is often encountered. In addition, there is a binder depletion, which can lead to Verdruckbarkeitsproblemen. With the increase in the solids content of the coating color, a constant coating application becomes more and more difficult; Often you have to increase the blade pressure to keep the line weight.
  • Interaction with pigments: thickening effect

Die Wechselwirkung mit Wasser ist nicht nur für Wasserretention unerlässlich, sondern beeinflusst darüber hinaus die Viskosität in der Wasserphase erheblich. Neben den hydrodynamischen Effekt gibt es noch einige andere Möglichkeiten, die Mobilität der Wasserphase zu begrenzen.The interaction with water is not only essential for water retention, but also significantly affects the viscosity in the water phase. In addition to the hydrodynamic effect, there are a few other ways to limit the mobility of the water phase.

Sowohl hohes Molekulargewicht als auch höhere Strukturordnung erhöhen das hydrodynamische Volumen der gelösten Polymeren erheblich.Both high molecular weight and higher structural order significantly increase the hydrodynamic volume of the dissolved polymers.

Gestreckte, steife Polymerketten setzen die Mobilität der Wasserphase ebenso herab wie die leichte Vernetzung dieser Polymeren untereinander. Das Maximum der inneren "Vernetzung" erreicht man schließlich mit den assoziativen Wechselwirkungen durch hydrophobe Seitenketten. Atlen diesen Effekten ist gemeinsam, dass sie durch Mobilitätssenkung infolge der intra- und intermolekularen Vernetzung sowie der Volumenzunahme die Viskosität in der Wasserphase erhöhen.Stretched, rigid polymer chains reduce the mobility of the water phase as well as the slight crosslinking of these polymers with one another. Finally, the maximum of internal "cross-linking" is achieved by associative interactions through hydrophobic side chains. These effects have in common that they increase the viscosity in the water phase by lowering the mobility as a result of the intra- and intermolecular crosslinking and the volume increase.

Verdicker sollen bevorzugt folgende Funktionen aufweisen:

  • Keine Migration des Verdickers im Rohpapier
  • Leichte Strukturbildung
  • Prozessfähigkeit
Thickeners should preferably have the following functions:
  • No migration of the thickener in the base paper
  • Easy structure formation
  • process capability

Zur Entfaltung ihrer Verdickerwirkung müssen die Hydrokolloide in gelöste Form vorliegen.To develop their thickening effect, the hydrocolloids must be present in dissolved form.

Während man die meisten natürlichen Produkte durch Erhitzen und Kochen in eine wässrige Lösung bringen muss, basiert der Auflösungsvorgang der Acrylat-Copolymeren auf den in der Streichfarbe vorhanden Alkali-lonen.While most natural products must be brought into an aqueous solution by heating and boiling, the dissolution process of the acrylate copolymers is based on the alkali ions present in the coating color.

Strukturviskoses, rheologisches Verhalten: Niedrige high Shear-Viskosität. Structural Viscous, Rheological Behavior: Low high shear viscosity.

Eine exakt eingestellte und ausreichende Wasserretention sind noch keine Garantie für gute Laufeigenschaften. Die Streichfarbe muss darüber hinaus eine insgesamt günstige Rheologie aufweisen. Insbesondere die modernen Streichprozesse mit hohen Feststoffgehalten und Bahngeschwindigkeiten erfordern eine ausgeprägte Strukturviskosität, das heißt abnehmende Viskosität bei höheren Scherraten.A precisely set and sufficient water retention are still no guarantee for good running properties. The coating color must also have an overall favorable rheology. In particular, modern coating processes with high solids contents and web speeds require pronounced pseudoplasticity, that is, decreasing viscosity at higher shear rates.

Folgende Funktionen sollen durch niedrige high-shear-Viskositäten erzielt werden:

  • Gute Laufeigenschaften bei hohen Bahngeschwindigkeiten
  • Niedriger Blade-Druck
  • Leichte Kontrolle des Strichgewicht.
The following functions are to be achieved by low high-shear viscosities:
  • Good running properties at high web speeds
  • Low blade pressure
  • Easy control of the coating weight.

Bei hohen Feststoffgehalten kann die geringste Erhöhung des Feststoffgehaltes bei unzureichender Wasserretention zu einer ausgeprägten Dilatanz bei der gleichen Streichfarbenformulierung führen.At high solids levels, the least increase in solids content with inadequate water retention can result in a pronounced dilatancy in the same coating formulation.

Da beim Kartonstreichen der warme Rohkarton sehr saugfähig ist und die Streichfarbe im Dauerkontakt mit dem warmen Karton bis auf 60 °C erwärmt wird, benötigt man eine sehr hohe Wasserretention um eine gute Strichqualität zu gewährleisten, Stärke aber auch CMC erfüllen bei den hohen Temperaturen und Scherung diese Vorgabe nur bedingt. Der Einfluss von Stärke auf die Wasserretention bei solchen Bedingungen wird oft überschätzt und so wird der Anstieg es Feststoffgehaltes im Streichfarbenkreislauf während der Produktion von 5 - 7 % als normal und unvermeidlich angesehen. Die Folge davon ist eine verstärkte Penetration von Binder und sonstigen Additiven (Verarmung an Binder und Additive in der Streichfarbe) Schlechtes Coating-Holdout, Matt- und Glanzstellen durch ungleichmäßige Biridemittelverteilung sowie Mottling im Offsetdruck.As the warm cardboard box is very absorbent and the coating color in continuous contact with the warm cardboard is heated up to 60 ° C, you need a very high water retention to ensure a good coating quality, but CMC also meets its strength in terms of high temperatures and shear this requirement only conditionally. The influence of starch on water retention in such conditions is often overestimated and so the increase in solids content in the coating cycle during production of 5-7% is considered normal and unavoidable. The consequence of this is an increased penetration of binders and other additives (depletion of binders and additives in the coating color) Poor coating holdout, matt and glossy spots due to uneven distribution of birheum and mottling in offset printing.

Mit der Zugabe von synthetischen Verdickern lassen sich die Bedingungen etwas verbessern, die jedoch wegen der starken Zunahme der Viskosität begrenzt sind.With the addition of synthetic thickeners, the conditions can be improved somewhat, but they are limited because of the large increase in viscosity.

Bisherige Erfahrungen haben gezeigt, dass CMC bei niedrigen Streichgeschwindigkeiten und niedrigen Temperaturen die Runability verbessert (starke statische Wasserretention) jedoch mit zunehmender Scherung beziehungsweise Streichgeschwindigkeit und Temperatur was heute vielfach bei der Online-Fahrweise mit der Filmpresse stand der Technik ist, an Wirksamkeit verliert und vielfach so gar zu Problemen führen kann.Previous experience has shown that CMC improves runability at low sweeping speeds and low temperatures (strong static water retention) but with increasing shear and temperature, which today is often the technology of the on-line driving with the film press, loses effectiveness and multiple can even lead to problems.

Die schlechte dynamische Wasserretention sowie die kolloidalen Wechselwirkungen von CMC mit den Pigmenten führt zu den beschriebenen Problemen beim Streichen.The poor dynamic water retention as well as the colloidal interactions of CMC with the pigments leads to the described problems in coating.

Außerdem ergeben größere Mengen CMC neben der Wasserretention einen zu starken Viskositätsanstieg der unter Umständen Feststoffgehaltsemiedrigung erfordert.In addition, larger amounts of CMC result in addition to the water retention too strong increase in viscosity which may require solid content reduction.

Unter den unterschiedlichsten Streichfarben-Additiven nehmen diejenigen zur gezielten Verbesserung der Oberflächeneigenschaften der gestrichenen Erzeugnisse eine besondere Stellung ein, denn sie beeinflussen genau die Charakteristika der Papiere und Kartons, die zur Wertstellung bei den Druckereien und scliließlich bei den Endverbrauchern eine sehr gewichtige Rolle spielen. Weißgrad, Helligkeit, Glätte und Glanz gehören zu optischen Eigenschaften, die vom Menschen unmittelbar über Sinnesorgane wahrgenommen werden.
Der Trend zu hochweißen Papieren hält besonders in Europa und zunehmend auch in Südostasien unvermindert an.
Of the various coating color additives, those for the targeted improvement of the surface properties of the coated products occupy a special position, as they have an exact influence on the characteristics of the papers and cardboards, which play a very important role in the value date at the printers and, ultimately, the final consumers. Whiteness, brightness, smoothness and gloss belong to optical properties that are perceived by the human directly through sense organs.
The trend towards very white paper continues unabated, especially in Europe and increasingly also in Southeast Asia.

Um höchste Weißgrade sowie Helligkeit bei einer Verschiebung des Farbtons zuverlässig und ökonomisch zu erzielen, sind optische Aufheller heute nicht mehr wegzudenken.In order to achieve the highest degrees of whiteness and brightness with a shift in color hue reliably and economically, optical brighteners have become indispensable today.

Die Weißgrad erhöhende Wirkung der hierfür meist eingesetzten Derivate der Diaminöstilbendisulfonsäuren beruht auf deren Fähigkeit, Licht aus dem nicht sichtbaren ultravioletten Bereich des Tageslicht (350nm) zu adsorbieren und bei höheren Wellenlängen (440 nm) zu emittieren beziehungsweise fluoreszieren.The whiteness-increasing effect of the mostly used derivatives of Diaminöstilbendisulfonsäuren based on their ability to absorb light from the non-visible ultraviolet range of daylight (350nm) and at higher wavelengths (440 nm) to emit or fluoresce.

Der Weißgrad wird auch durch die Verschiebung des Farbtons von gelb- nach blaustichig erhöht. Zusätzlich wird dabei auch die Helligkeit des Papiers gesteigert.The whiteness is also increased by the shift in hue from yellow to bluish. In addition, the brightness of the paper is also increased.

Die aufhellende Wirkung tritt jedoch nur dann ein, wenn der optische Aufheller auf einem geeigneten Trägermaterial oder Carrier fixiert wird beziehungsweise "aufziehen" kann.However, the lightening effect only occurs when the optical brightener is fixed on a suitable carrier material or carrier or can "wind up".

Die wichtigsten Cobinder, die neben anderen Eigenschaften vor attem eine "Carrier"-Funktion erfüllen sind Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose (CMC), Polyäthylenglykol (PEG), Polyvinylpyrrolidon (PVP) Stärke, Casein, MF-Harze und Styrol-Acrylat-Copolymere.The most important co-binders which, among other properties before attem, perform a "carrier" function are polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), polyethylene glycol (PEG), polyvinyl pyrrolidone (PVP) starch, casein, MF resins and styrene-acrylate copolymers.

Es gibt einige Faktoren, die die optischen Aufheller in ihrer Wirkung stark beeinträchtigen können. Einerseits können diese wasserlöslichen Produkte mit dem Wasser in das Rohpapier migrieren, wo sie von den UV-Strahlen kaum noch erreicht werden können. Andererseits können sich die Moleküle des optischen Aufhellers aneinander anlagern und sich gegenseitig "quentschen", das heißt unwirksam machen. Diese Aufheller-Agglomerate können selbst den Farbort nach grün verschieben (Vergrauung / Vergrünung).There are some factors that can seriously affect the optical brighteners in their effect. On the one hand, these water-soluble products can migrate into the raw paper with the water, where they can hardly be reached by the UV rays. On the other hand, the molecules of the optical brightener can attach to each other and "quench" each other, that is to make ineffective. These brightener agglomerates can even shift the color locus to green (graying / greening).

Bei den derzeitigen Trend der verstärkten hohen Zugabemengen von optischen Aufheller ohne entsprechende notwendige Carrier-Anteile - wegen Viskositätsanstieg beziehungsweise Feststoffgehaltsemiedrigung - kommt es zu Vergrauungs - und Vergrünungserscheinungen, verminderter Lichtechtheit und zunehmender Ausblutverhalten.In the current trend of the increased high added amounts of optical brighteners without corresponding necessary Carrier shares - due to viscosity increase or solids content reduction - it comes to graying and greening phenomena, reduced light fastness and increasing bleeding behavior.

Aus der EP 0 499 578 B1 wird eine mikrokristalline Cellutose mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1 bis 100 µm für die Aufhellerverbesserung von optischen Aufhellern vorgeschlagen.From the EP 0 499 578 B1 For example, a microcrystalline cellutose having an average particle size of 1 to 100 μm has been proposed for whitening improvement of optical brighteners.

Dieser Vorschlag scheiterte in der Praxis vor allem an den groben Faserteilen, die zu Verarbeitungproblemen führten.This proposal failed in practice mainly on the coarse fiber parts, which led to processing problems.

Ferner werden in der Literatur und Patentschriften Mehrzweckschrift- und Druckpapiere beschrieben, die zum Kopieren verwendet und/oder mittels Offset-und Inkjet Druckverfahren bedruckt werden.Furthermore, in the literature and patents Mehrzweckschrift- and printing papers are described which are used for copying and / or printed by offset and inkjet printing process.

Es wird erwartet, dass der Bedarf an Inkjet-Druckpapieren ansteigt. Entsprechend wird auch dies für den Einsatz von Laserdruckern und Kopiergeräten erwartetThe demand for inkjet printing papers is expected to increase. Accordingly, this is also expected for the use of laser printers and photocopiers

Die Qualitätsansprüche an Inkjet-Papieren nimmt weiter zu, gleichzeitig werden jedoch Kostensenkungen erwartet.The quality requirements for inkjet paper continue to increase, but at the same time cost reductions are expected.

Aus EP 0 710 742 A2 ist eine Streichfarbe für einen Druckträger nach dem Tintenstrahl-Druckverfahren bekannt, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Dreischichtsilikat durch saure Aktivierung eines Alkali- oder Erdalkalismektits oder durch Einbau von Metalloxid-Brücken in dessen Schichtstruktur modifiziert ist und etwa 10 - 50 Gew. Teile, vorzugsweise 20 bis 25 Gew.-Teile Bindemittel und sonstige Additive enthält.Out EP 0 710 742 A2 is a coating ink for a print carrier by the ink-jet printing method, which is characterized essentially in that a three-layer silicate is modified by acid activation of an alkali or Erdalkalismektits or by incorporation of metal oxide bridges in its layered structure and about 10 -. Parts, preferably 20 to 25 parts by weight of binder and other additives.

Aus der US-A-4792487 ist eine Streichfarbe für einen Druckträger nach dem Tintenstrahl-Druckverfahren bekannt, die im wesentlichen aus einem Montmorillonit mit einem hohen Quellvermögen besteht und die gegebenenfalls ein Pigment mit einer hohen Oberfläche, wie synthetische Kieselsäure oder Calciumcarbonat, und ein wasserunlösliches Bindemittel enthält. Durch die hohe Mikrokapillarität beziehungsweise spezifische Oberfläche der Pigmentteilchen wird eine ausgezeichnete Inkjet-Bedruckbarkeit bei farbigen Ausdrucken mit guter Farbbrillanz, optischer Dichte der Farben und Punktschärfe erzielt. Diese Papiere zeichnen sich außerdem durch eine schnelle Farbtrocknung und höhere Wasserbeständigkeit aus.From the US-A-4792487 A coating ink for a printing substrate is known by the ink-jet printing method consisting essentially of a montmorillonite having a high swelling power and optionally containing a high-surface-area pigment such as synthetic silicic acid or calcium carbonate and a water-insoluble binder. The high microcapillarity or specific surface area of the pigment particles results in excellent inkjet printability in the case of color printouts with good color brilliance, optical density of the colors and dot sharpness. These papers are also characterized by a fast color drying and higher water resistance.

Die sauren anionischen, wasserlöslichen Tinten werden dabei von Inkjet bevorzugt an kationischen Grenzflächen durch eine schnelle Adsorption verankert. Zusätzlich unterstützt die hohe Kapillarität der Pigmente das Separieren von Farbstoffen und Flüssigkeit durch Chromatografieeffekt. Die größeren Farbstoffmoleküle bleiben an der Pigmentoberfläche, während kleinere Moleküle, vor allem Wasser und Additive, durch die Kapillarkräfte in das Innere der Pigmente gezogen werden. Dies setzt eine hohe Mikrokapillarität mit definiertem Porenradius und/oder verbesserte Wasserbeständigkeit voraus.
Aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche von den heute verwendeten, sehr teuren Silikaten ist ihr Bindemittelbedarf sehr hoch (bis 30 - 40 Teile Binder). Bindemittel wiederum sind ebenfalls teuer und belegen ihrerseits einen großen Teil der Oberfläche, so dass die aktive Oberfläche verringert wird.
The acid anionic, water-soluble inks are anchored by inkjet preferably at cationic interfaces by rapid adsorption. In addition, the high capillarity of the pigments facilitates the separation of dyes and liquid by chromatographic effect. The larger dye molecules remain on the pigment surface, while smaller molecules, especially water and additives, are drawn into the interior of the pigments by the capillary forces. This requires a high microcapillarity with a defined pore radius and / or improved water resistance.
Due to their high specific surface area of the very expensive silicates used today, their binder requirement is very high (up to 30 - 40 parts binder). In turn, binders are also expensive and, in turn, occupy a large portion of the surface, thus reducing the active surface area.

Die Herstellung von kationischen Streichfarben wird in EP 0 307 795 A2 beschrieben.The production of cationic coating colors is in EP 0 307 795 A2 described.

Aufgabenstellungtask

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Streichfarbendispersion für das Streichen von Papier und Karton hezustellen, die vor allem bei hohen Maschinengeschwindigkeiten und hohen Temperaturen die Laufeigenschaften verbessert neben Kostenvorteilen wie Bindemittel- und Energieeinsparung auch qualitative Verbesserungen im Hinblick der Glanzentwicklung und Bedruckbarkeitsverbesserung ermöglicht.
Ferner werden mit kationisierter Mikrocellulose mit und ohne Pigmente ohne Bindemittel kostengünstige Inkjetpapiere mit hohen Qualitätsansprüchen beschrieben.
It is an object of the present invention to provide a coating color dispersion for the coating of paper and cardboard, which improves the running properties especially at high machine speeds and high temperatures in addition to cost advantages such as binder and energy savings and qualitative improvements in terms of gloss development and Printability improved.
Furthermore, cost-effective inkjet papers with high quality requirements are described with cationized microcellulose with and without pigments without binders.

Erfindungsgemäß enthält eine Streichfarbendispersion zum Streichen von Papier und Karton eine für den Streichprozess speziell entwickelte Mikrocellulose mit enger Teilchenverteilung und einem mittleren Teilchendurchmesser (d 50 %) von ca. sowie einer schwach anionische Grenzflächenladung (Zeta-Potentiale von -17 bis - 20mV)According to the invention, a coating dispersion for coating paper and board contains a microcellulose with a narrow particle distribution and an average particle diameter (d 50%) of approx. And a weakly anionic interfacial charge (zeta potentials of -17 to -20 mV) specially developed for the coating process.

Die hohe Wasserretention auch bei Schereinwirkung und zunehmenden Temperaturen wirkt bedingt durch die physikalischen Eigenschaften des wasserunlöslichen globularen wasseraffinen "organischen Streichpigments" mit enger Teilchengrößenverteilung den beschriebenen Penetrationsvorgängen in das Rohpapier und dem Migrationsvorgang bei der Trocknung mit den beschriebenen Nachteilen entgegen, während wasserlösliche Cobinder wie Stärke, CMC, PVA etc. mit dem Wasser in das Rohpapier beziehungsweise Karton penetriert.Due to the physical properties of the water-insoluble globular water-based "organic coating pigment" with narrow particle size distribution, the high retention of water, even with shearing action and increasing temperatures, counteracts the described penetration processes in the base paper and the migration process during drying with the described disadvantages, while water-soluble co-binders such as starch, CMC, PVA etc. penetrated with the water in the base paper or cardboard.

Neben der hohen Eigenwasserretention der Mikrocellulose kommt es durch die wasseraffinen Mikrocelluloseteilchen zu einer Barriereschicht beziehungsweise schnellen Immobilisierung der Streichfarbe an der Rohpapiergrenzfläche, was ein zu schnelles Wegschlagen des Wassers sowie Binder und sonstigen Additive verhindert. Wie alle Hydrokolloide bindet die Mikrocellulose erhebliche Mengen Wassermoleküle an ihre Grenzfläche, so dass ihr Durchmesser und Volumen zunimmt und sie mehr Platz in der wässrigen Phase der Streichfarbe beanspruchen.In addition to the high intrinsic water retention of the microcellulose, the water-affluent microcellulose particles result in a barrier layer or rapid immobilization of the coating color on the base paper interface, which prevents the water from being washed away too quickly and also binders and other additives. Like all hydrocolloids, microcellulose binds significant amounts of water molecules to their interface, increasing their diameter and volume and occupying more space in the aqueous phase of the coating.

Die beschriebenen Vorgänge erklären auch die tendenzmäßig niedrigen Wasserretentionswerte bei Labormethoden (statische Wasserretention).The processes described also explain the tendency of low water retention values in laboratory methods (static water retention).

Aus den Untersuchungen geht hervor, dass sowohl die Viskosität bei niedrigen Scherraten (Low Shear) als auch bei höheren Scherraten (High Shear) mit Mikrocellulose im Vergleich zu Stärke und CMC in der Streichfarbe abnimmt. Die Untersuchungen zeigen weiter eine niedrigere dynamische Viskosität als bei Formulierungen mit Stärke und CMC.The investigations show that both the viscosity at low shear rates and at higher shear rates (high shear) with microcellulose decreases compared to starch and CMC in the coating color. The investigations also show a lower dynamic viscosity than in formulations with starch and CMC.

Die oszillatorische Messung ermöglicht es zwischen elastischen und plastischem Fließverhalten zu unterscheiden. Die Belastung-auf die Streichfarbe wird durch die oben genannte Steigerung der Auslenkungsamplitude vergrößert. Dadurch werden die Partikel gegeneinander bewegt.The oscillatory measurement makes it possible to distinguish between elastic and plastic flow behavior. The stress on the coating color is increased by the above-mentioned increase of the deflection amplitude. As a result, the particles are moved against each other.

Die so erzeugte, sinusförmige Vorgabe der Schubspannung bewirkt ein phasenverschobenes Antwortsignal. Ein vollelastisches System zeigt einen Verschiebungswinkel von 0 °; ein vollplastisches System einer Phasenverschiebung von 90 °.The generated, sinusoidal specification of the shear stress causes a phase-shifted response signal. A fully elastic system shows a shift angle of 0 °; a fully plastic system with a phase shift of 90 °.

Niedrige Werte von G' entsprechen einer hohen Mobilität mit erheblich verringerten Kräften zwischen den Partikeln. Je niedriger der Wert von G', desto höher die Nasspackungsdichte und desto schneller die Bildung der initialen Sedimentschicht, die die Penetration von Binder und Feinstoffen in das Substrat verhindert.Low values of G 'correspond to high mobility with significantly reduced forces between the particles. The lower the value of G ', the higher the wet-pack density and the faster the formation of the initial sediment layer which prevents the penetration of binder and fines into the substrate.

Das niedrige Speichermodul G' entspricht den bisherigen Erfahrungen das heißt durch eine schnelle Immobilisierung und Barrierewirkung der wasserunlöslichen Mikrocellulose an der Papier - und Kartongrenzfläche wird sowohl ein Absacken der Streichfarbe durch sterische Hinderung als auch ein verstärktes Penetrieren von Bindern und sonstigen Additiven verhindert. Je niedriger der Wert von G', desto höher die Mikrocellulosepackungsdichte und umso schneller die Bildung der Sediment- beziehungsweise Barriereschicht, die die genannten negativen Penetrationsvorgänge verhindern.The low storage modulus G 'corresponds to previous experience, that is to say a rapid immobilization and barrier action of the water-insoluble microcellulose at the paper and cardboard interface prevents the coating ink from sagging due to steric hindrance as well as increased penetration of binders and other additives. The lower the value of G ', the higher the microcellulose packing density and the faster the formation of the sediment or barrier layer preventing the said negative penetration processes.

Die restliche Streichfarbe über der Barriereschicht bleibt dagegen mobil, d. h. sie lässt sich gut egalisieren.The remaining coating color over the barrier layer, however, remains mobile, d. H. it is easy to level.

Beim Streichen mit hoher Geschwindigkeit (Blade-Streichen) entstehen vor der Bladekante hohe Druckgradienten. Die Sperrgeometrie des Blade muss daher so eingestellt werden, dass die hydraulische Einpressung der Streichfarbe in das Rohpapier minimiert und übermäßige Wirbelbildung vermieden wird.When painting at high speed (blade stroking), high pressure gradients are created in front of the blade edge. The barrier geometry of the blade must therefore be adjusted to minimize the hydraulic impact of the coating in the base paper and avoid excessive vortex formation.

Während sich polymere Zusätze einschließlich Bindemittel auf Stärkebasis nachteilig auswirken, wirkt sich Mikrocellulose durch den beschriebenen Wirkungsmechanimus auch bei äußerst kurzen Einwirkungen von Druckimpulsen positiv auf den beschriebenen Vorgang aus.While polymeric additives, including starch-based binders, have a detrimental effect, microcellulose has a positive effect on the process described by the action mechanism described, even in the case of extremely short effects of pressure pulses.

Für die künftige Entwicklung des Blade-Streichens bei hohen Geschwindigkeiten ergeben sich daraus zwangsläufig Folgerungen zur Verwendung von Rezepturen mit entsprechenden Pigmenten und Pigmentkombinationen beziehungsweise Produkten wie Mikrocellulose die in der Lage sind, der Entwässerung unter Druck zu widerstehen.For the future development of high-speed blade coating, this inevitably leads to the use of formulations with corresponding pigments and pigment combinations or products such as microcellulose, which are able to withstand dewatering under pressure.

Daraus ergeben sich folgende Vorteile der Laufeigenschaften:

  • Verringerung des Schaberdruckes (geringes Absacken beziehungsweise Eindrücken der Streichfarbe in die Unebenheiten des Rohpapiers, Verringerung des Durchschlagens der Streichfarbe, geringere Strichgewichtsschwankungen und des Blade-Verschleißes)
  • Verringerung der Wasserabgabe an das Streichrohpapier (geringere Schwächung des Fasergefüges beziehungsweise der Festigkeit, Faserquellung und Fibre Liftung)
  • Vermeidung von starken Viskositätserhöhungen beziehungsweise Feststoffgehaltszunahmen durch Wasserverlust bei der Rezirkulation der Streichfarbe (Dilatanzneigung, Rakelstreifen, Bartbildung beziehungsweise Schaberüberkochen.
This results in the following advantages of the running properties:
  • Reduction of the scraper pressure (slight sagging or indentation of the coating color in the unevenness of the base paper, reduction of the strike-through of the coating color, lower coating weight fluctuations and the blade wear)
  • Reduction of water output to the base paper (less weakening of fiber structure or strength, fiber swelling and fiber lifting)
  • Avoidance of strong increases in viscosity or solids content increases due to water loss during the recirculation of the coating color (dilatancy tendency, doctor blade strip, beard formation or scraper overcooking).

Daneben wird durch die Verringerung der Penetrationsvorgänge eine Einsparung an Binder und sonstigen Additiven erzielt.In addition, by reducing the penetration processes, a reduction in binder and other additives is achieved.

Wie bereits erwähnt, nimmt sowohl die Viskosität bei niedrigen Scherraten (Low Shear) als auch bei höheren Scherraten (High-Shear) mit Mikrocellulose im Vergleich zu CMC, Stärke und PVA ab.As mentioned earlier, both low shear viscosity and high shear microcellulose viscosity decrease as compared to CMC, starch and PVA.

Die erwähnten Penetrationsvorgänge werden bei Ersatz oder Teilersatz von Stärke, CMC und PVA durch Mikrocellulose durch die sich daraus ergebenen höheren Feststoffgehalte zusätzlich entsprechend verringert.The above-mentioned penetration processes are additionally reduced in replacement or partial replacement of starch, CMC and PVA by microcellulose by the resulting higher solids contents accordingly.

Durch die Möglichkeit den Feststoffgehalt mit Mikrocellulose anzuheben, ergeben sich qualitative und wirtschaftliche Vorteile wie Bindemitteleinsparung, Verbesserung der Wirkung von Additiven wie Cobinder, Vernetzer, optische aufheller oder deren Einsparung, Glätte- und Glanzerhöhung, Verbesserung des Wegschlagvefialtens der Druckfarbe, geringere Mottlingneigung und vor allem Einsparung von Trocknungsenergie.The ability to increase the solids content with microcellulose, resulting in qualitative and economic benefits such as binder savings, improving the effect of additives such as cobhers, crosslinkers, optical brighteners or their savings, smoothness and gloss increase, improving the Wegschlagvefialtens the ink, lower Mottlingneigung and especially Saving of drying energy.

Bevorzugt werden bekanntlich zur Oberflächenleimung Stärkeprodukte eingesetzt. Mit zusätzlichen Additiven werden bestimmte Effekte angestrebt. So kann durch Kombination mit Mikrocellulose die filmbildende Wirkung der Stärke durch Verringerung der Eindringtiefe wirksam verbessert beziehungsweise eine Einsparung der Stärke erzielt werden.It is known that starch products are preferably used for surface sizing. With additional additives, certain effects are sought. Thus, by combining with microcellulose, the film-forming effect of the starch can be effectively improved by reducing the penetration depth or a saving of the strength can be achieved.

Gegenüber CMC, das bisher als Regulator für die Eindringtiefe von Stärkeleimpressenformulierungen verwendet wurde, zeigt die Mikrocellulose auch bei höheren Temperaturen eine gute Wasserretention und bewirkt zusätzlich durch die sterische Hinderung der wasserunlöslichen Teilchen eine Barriere an der Papiergrenzfläche, die ein verstärktes Eindringen der Stärke in das Rohpapier verhindert beziehungsweise entsprechend steuert.Compared to CMC, which has hitherto been used as a regulator for the penetration depth of starch size press formulations, the microcellulose exhibits good water retention even at relatively high temperatures and, in addition, causes a barrier at the paper interface due to steric hindrance of the water-insoluble particles, which leads to increased penetration of the starch into the base paper prevents or controls accordingly.

Auf Grund des hohen Wirkungsgrades hat sich das beidseitige "Online" Filmoressen-Streichen bei neuen Produktionsanlagen durchgesetzt. Dabei zeigte sich, dass bei höheren Geschwindigkeiten verstärkt Prozessprobleme wie zum Beispiel zu hoher Rakelanpressdruck, Spritzen und Bartbildung am Rakel, Farbspritzer, Nebeln beziehungsweise "Misting" und Orangenschaleneffekt je nach Rohpapierbeschaffenheit, Streichfarbe.neigenschaften und Auftragsbedingungen mehr oder weniger stark auftreten können
Mit Mikrocellulose konnte bei 1700 m/min problemlos das heißt ohne Spritzen oder Nebeln Pilotversuche durchgeführt werden.
Due to the high efficiency, the two-sided "online" Filmoressen coating has prevailed at new production facilities. It was found that at higher speeds increased process problems such as excessive doctor blade pressure, spraying and beard formation on the doctor blade, Color splashes, mists or "Misting" and orange peel effect depending on the raw paper texture, coating color.neigenschaften and order conditions can occur more or less strongly
With microcellulose at 1700 m / min without any problems, that means without piloting or spraying pilot tests.

Darüber hinaus weist Mikrocellulose eine sehr hohe Substantivität für optische Aufheller (Carrierwirkung), sehr gute Wasserfestigkeit sowie eine Verbesserung der Abriebfestigkeit (Scheuerfestigkeit) auf.In addition, microcellulose has a very high substantivity for optical brightener (carrier effect), very good water resistance and an improvement in abrasion resistance (abrasion resistance).

PVA ist wegen seiner ausgezeichneten Carrierwirkung für optische Aufheller einer der meist verwendeten Carrier in der Papierindustrie, der allein oder in Kombination mit CMC eingesetzt wird. Allerdings ist ein optimales Verhältnis zwischen Aufheller und Trägermaterial (Carrier) eine Vorraussetzung für den effizienten Einsatz von optischen Aufhellern. Durch den zunehmenden Trend zu höheren Papierweißgraden kommt es mehr und mehr zu höheren Zugabemengen von optischen Aufhellern, verbunden mit hohen Carriereinsatzmengen, was zu sehr starken Viskositätserhöhungen in der Streichfarbe führt. Dem wird derzeit durch Verdünnen mit wasser (Feststoffgehaltserniedrigung) entgegengewirkt oder vielfach zu geringe Carriermengen in Relation zum optischen Aufheller zugegeben um die Viskositätsanstiege zu vermeiden, was allerdings zu einer unzureichenden Ausnutzung des Aufhellerpotentials, mangelnder Lichtechtheit und Ausblutechtheit führt.PVA is one of the most widely used carriers in the paper industry because of its excellent carrier effect for optical brighteners, used alone or in combination with CMC. However, an optimal ratio between whitener and carrier material (carrier) is a prerequisite for the efficient use of optical brighteners. Due to the increasing trend towards higher paper whiteness levels, more and more added amounts of optical brighteners are associated with high carrier application rates, which leads to very high viscosity increases in the coating color. This is currently counteracted by dilution with water (solids content reduction) or often too small amounts of carrier added in relation to the optical brightener to avoid the viscosity increases, but this leads to insufficient utilization of the brightener potential, lack of light fastness and bleeding fastness.

Wenngleich die Mikrozellulose kein vollkommen gleichwertiger Ersatz von PVA ist, lassen sich dennoch sehr hohe Carriermengen und Aufhellermengen ohne Viskositätsefiöhung oder Verdünnung der Streichfarbe durch den kombinierten Einsatz von PVA und Mikrozellulose mit den Vorteilen einer hohen Lichtechtheit, einer hohen Aufhellerwirkung und vor allem einer hohen Ausblutechtheit umsetzen, da die wasserunlösliche Mikrozellulose aus sterischen Gründen die Penetrations- und Migrationsvorgänge, die zum Ausbluten führen nicht mitmachen kann.Although the microcellulose is not a completely equivalent substitute for PVA, very high carrier amounts and brightener amounts without Viskosefiöhung or dilution of the coating color by the combined use of PVA and microcellulose with the advantages of high lightfastness, a high brightening effect and above all a high bleed fastness can be implemented because the water-insoluble microcellulose for steric reasons, the penetration and migration processes that lead to bleeding can not join.

Bekanntlich erzielen die nicht an einen Carrier gebundenen freien optischen Aufheller die schlechtesten Lichtechtheiten. Wird bei einer Carrierkombination PVA und CMC das CMC durch Mikrozellulose ersetzt, so kommt es wegen der geringeren Penetration des Aufhellers in das Rohpapier (Barrierewirkung, höherer Feststoffgehalt) zu einer Verbesserung der Aufhellerwirkung. Bei gestrichenen Digitaldruckpapieren (zum Beispiel Farblaserdruckpapieren) kommt es vielfach zu mangelnder Tonerübertragung beziehungsweise Tonerhaftung. Mit Mikrocellulose zeigte sich bei entsprechenden Satinagebedingungen eine deutliche Verbesserung der Tonerhaftung.As is known, the free optical brighteners which are not bound to a carrier achieve the worst light fastnesses. If the CMC is replaced by microcellulose in a combination of PVA and CMC carriers, the brightener effect is improved due to the lower penetration of the brightener into the base paper (barrier effect, higher solids content). In coated digital printing papers (for example color laser printing papers), there is often a lack of toner transfer or toner adhesion. With microcellulose, a significant improvement in toner adhesion was observed with appropriate calendering conditions.

Bei Offsetpapieren werden mit Mikrozellulose im Vergleich zu CMC oder Stärke eine offenere Strichstruktur beziehungsweise ein schnelleres und gleichmäßigeres Wegschlagen der Druckfarbe erzielt. Die gleichmäßigere und geringere Bindemittelmigration an die Strichoberfläche ergibt ein gleichmäßigeres Druckbild' beziehungsweise geringeres Mottling. Im Tiefdruck wurde keinerlei Beeinträchtigung der Bedruckbarkeit festgestellt, während sich Stärke und CMC in Form von Missing Dots (fehlenden Rasterpunkten) negativ auswirken.With offset papers, microcellulose achieves a more open line structure or a faster and more uniform ink strike away from CMC or starch. The more uniform and lower binder migration to the coating surface results in a smoother printed image or less mottling. In gravure printing, no impairment of printability was observed, while starch and CMC in the form of missing dots had a negative effect.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer kationischen Mikrozellulosedispersion, die bevorzugt für Spezialpapiere wie Inkjetpapiere zur Anwendung kommt.The invention further provides a process for the preparation of a cationic microcellulose dispersion which is preferably used for specialty papers, such as inkjet papers.

Im allgemeinen wird das Verfahren der Kationisierung so durchgeführt, dass man die anionische Mikrozellulose in einem wässrigen Medium vorlegt und diesem Medium unter Rühren ein oder mehrere kationische Additive je nach gewünschter Ladungsdichte zugibt. Es ergeben sich je nach verwendetem Polymer und Zugabemenge ein Zetapotential von + 5 mV bis + 90 mV. Die kationschen oder kationisierten wasserlöslichen Polymere sind im allgemeinen dadurch gekennzeichnet, dass die in der Hauptkette und/oder in den Seitenketten quaternäre Stickstoffatome enthalten. Beispiele für derartige Verbindungen sind polymere Diallyverbindungen, Melamin-Formaldehyharze, Epichlorhydrinharze, Dicyandiamidharze, quartemäre Acrylate sowie anorganische Polymere wie Polyaluminiumhydroxychlorid (PAC), kationisch modifizierte Polyacrylamide (PAA), Polyamidamine (PAAM), Polyamine (PA) und Polyethylenimin (PEI). Besonders hat sich hierbei Poly-(Diallyldimethylammoniumchlorid) (Poly-DADMAC) bewährt, das vorzugsweise ein Molekulargewicht von 60.00 bis 120.000 aufweist.In general, the process of cationization is carried out by initially introducing the anionic microcellulose in an aqueous medium and adding one or more cationic additives to this medium while stirring, depending on the desired charge density. Depending on the polymer used and the amount added, a zeta potential of + 5 mV to + 90 mV results. The cationic or cationized water-soluble polymers are generally characterized by containing quaternary nitrogen atoms in the main chain and / or in the side chains. Examples of such compounds are polymeric diallyl compounds, melamine-formaldehyde resins, epichlorohydrin resins, dicyandiamide resins, quaternary acrylates and inorganic polymers such as Polyaluminum hydroxychloride (PAC), cationically modified polyacrylamides (PAA), polyamidoamines (PAAM), polyamines (PA) and polyethylenimine (PEI). In particular, poly (diallyldimethylammonium chloride) (poly-DADMAC), which preferably has a molecular weight of 60.00 to 120,000, has proved to be particularly suitable.

Die so hergestellte kationische Mikrozellulose kann in der vorliegenden Form auf das Rohpapier aufgetragen werden oder in Mischung mit verschiedenen Pigmenten ohne Binderzugabe wie zum Beispiel Kaolin, GCC, PCC, gefällten Silikaten, Bentoniten oder andern Pigmenten aufgetragen werden. Bezogen auf Pigment werden bei der Herstellung von konventionellen anionischen Streichfarben gemäss der Untersuchungen 0,05 bis 3 Teile, bevorzugt zwischen 0,1 bis 1,0 Teile Mikrozellulose trocken auf trocken (otro) gerechnet zur Streichfarbe zudosiert. Bei kationischen Formulierungen können bis zu 100 Teile der kationischen Mikrozellulose zum Einsatz kommen. Der Wirkstoffgehalt kann individuell nach Kundenwunsch eingestellt werden und liegt bei den Anwendungsbeispielen bei 10% Trockensubstanz. Als Streichpigmente kommen handelsübliche Pigmente und deren Mischungen wie zum Beispiel Kaolin, gemahlenes Calciumcarbonat (GCC), präzipidiertes Calciumkarbonat (PCC), Talkum, gefällte Silikate, Titandioxid und Aluminiumhydroxide zum Einsatz. Sowohl die Basisbinder als auch die Spezialbirider sind Polymerdispersionen (Hersteller zum Beispiel BASF AG oder Dow Chemical), die auf dem Markt mit den verschiedensten Produkteigenschaften anzutreffen sind. Man findet Kombinationen und Mischpolymerisate, die mit sehr unterschiedlichen Ausgangsstoffen (Monomeren) hergestellt wurden (zum Beispiel Butadienstyrol, Acrylsäureesterstyrol, Acrylsäureestervinylacetat etc.). Als Cobinder können die in der Patentschrift beschriebenen Produkte zum Einsatz kommen. Als optische Aufheller eignen sich Derivate der Diaminostilbensulfonsäuren, die bevorzugt in der Papierindustrie eingesetzt werden. Es kommen sowohl Disulfo-, Tetrasutfo-oder Hexasulfoaufheller zum Einsatz (Hersteller Clariant AG, Bayer oder Ciba Geigy). Als Vernetzer werden bevorzugt modifizierte Glyoxalprodukte, Epoxyharze, Hamstoff- und Melaminformaldehyd Harze sowie Zirkoniumderivate verwendet. Als klassische Verlaufmittel (Lubricant) kommen vorwiegend Dispersionen von Calciumstearaten, Amoniumstearaten, Wachsemulsionen und PEG zur Anwendung.The cationic microcellulose thus prepared may be applied to the base paper in the present form or may be applied in admixture with various pigments without binder addition such as, for example, kaolin, GCC, PCC, precipitated silicates, bentonites or other pigments. Based on the pigment 0.05 to 3 parts, preferably between 0.1 to 1.0 parts of microcellulose dry in dry (otro) calculated to the coating color are added in the preparation of conventional anionic coating colors according to the investigations. For cationic formulations, up to 100 parts of the cationic microcellulose can be used. The active ingredient content can be set individually according to customer requirements and is 10% dry matter in the application examples. The coating pigments used are commercial pigments and mixtures thereof, such as, for example, kaolin, ground calcium carbonate (GCC), precipitated calcium carbonate (PCC), talc, precipitated silicates, titanium dioxide and aluminum hydroxides. Both the basic binder and the Spezialbirider are polymer dispersions (manufacturers for example BASF AG or Dow Chemical), which are found on the market with a wide variety of product properties. Combinations and copolymers are found which have been prepared with very different starting materials (monomers) (for example butadiene styrene, acrylic acid ester styrene, acrylic acid ester vinyl acetate, etc.). As Cobinder the products described in the patent can be used. Suitable optical brighteners are derivatives of diaminostilbenesulfonic acids, which are preferably used in the paper industry. There are both disulfo-, tetrasutfo- or Hexasulfoaufheller used (manufacturer Clariant AG, Bayer or Ciba Geigy). As crosslinkers are preferably modified glyoxal products, epoxy resins, urea and melamine-formaldehyde resins and zirconium derivatives used. The classical leveling agents (lubricants) are predominantly dispersions of calcium stearates, ammonium stearates, wax emulsions and PEG.

Als Basispapier eignet sich holzfreies, holzhaltiges und bis zu 100 % Altpapier enthaltenes Streichrohpapier beziehungsweise -karton. Der Druckträger besitzt eine flächenbezogene Masse zwischen 30 g/m2 otro und 350 g/m2 otro. Der Auftrag der Streichfarbendispersion erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb (online) und/oder außerhalb (offline) der Papiermaschine. Als Auftragseinrichtungen werden die aus dem Stand der Technik bekannten Auftragseinrichtungen verwendet, welche beispielsweise. Filmpressen, Curtain-Coater, Sprühauftrag, Walzenstreichverfahren, Rackelstreichverfahren, Blade-Coater, Speed-Coater, Massey-Verfahren, Flooded-Nip und dergleichen beinhaltet. Die Auftragsgeschwindigkeit der Streichfarbendispersion erfolgt mit einer Geschwindigkeit zwischen 150 m/min und 2000 m/min. Die gestrichenen Papiere eignen sich für eine Vieizahl von Druckverfahren, so wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Dies können beispielsweise das Offset-Druckverfahren, das Tiefdruckverfahren, Inkjet-Verfahren, Flexo-Druckverfahren, Heat-Set-Verfahren, Cold-Set-Verfahren, Laserdruckverfahren und dergleichen sein. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist, dass das erfindungsgemäße gestrichene Papier ein hervorragendes Recyclingverhalten aufweist.The base paper is wood-free, wood-containing and up to 100% recycled paper containing base paper or paperboard. The print carrier has a basis weight between 30 g / m 2 otro and 350 g / m 2 otro. The application of the coating color dispersion takes place according to the present invention within (online) and / or outside (offline) the paper machine. As applicators known from the prior art applicators are used, which, for example. Film presses, curtain coater, spray coating, roller coating, bar coating, blade coater, speed coater, Massey process, flooded nip, and the like. The coating speed of the coating color dispersion takes place at a speed between 150 m / min and 2000 m / min. The coated papers lend themselves to a variety of printing processes as known in the art. These may be, for example, the offset printing method, the gravure printing method, inkjet method, flexographic printing method, heat set method, cold set method, laser printing method and the like. Another aspect of the invention is that the coated paper according to the invention has an excellent recycling behavior.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Herstellung eines gestrichenen Offsetpapiers mit wasserlöslichem Cobinder (Hydrokolloiden) und eines erfindungsgemäßen Entwicklungsproduktes einer Mikrocellulose. Bei diesen ersten Untersuchungen sollte ermittelt werden, inwieweit die wasserunlösliche Mikrocellulose handelsübliche, wasserlösliche Cobinder in ihrer Funktion erfolgreich und mit Vorteilen ersetzen kann.Production of a coated offset paper with water-soluble co-binder (hydrocolloids) and a development product according to the invention of a microcellulose. In these first investigations, it was to be determined to what extent the water-insoluble microcellulose can successfully and advantageously replace commercially available, water-soluble co-binders in their function.

Als Rohpapier diente ein 46 g/m2 holzhaltiges Streichrohpapier sowie ein 42g/m2 Streichrohpapier, das mit 100% Altpapier hergestellt wurde.As a base paper 46 g / m 2 wood-containing base paper and a 42g / m 2 base paper, which was prepared with 100% recycled fibers was used.

Für die Herstellung der Streichfarbe wurde ein Hochleistungsdispergiergerät verwendet. Zur der GCC-Slurry (Omya) wurden Binder (BASF), Cobinder, Mikrocellulose und sonstige Additive unter Rühren nacheinander eingetragen, mit NaOH der pH-Wert eingestellt sowie mit Restwasser die Viskosität eingestellt.
Die Mikrocellutose-Produkte sind in der Firmenschrift J. Rettenmaier u. Söhne, Rosenberg ausführlich beschrieben.
A high performance disperser was used to prepare the coating. Binder (BASF), cobinder, microcellulose and other additives were added successively to the GCC slurry (Omya) with stirring, the pH was adjusted with NaOH, and the viscosity was adjusted with residual water.
The microcellulose products are described in the company publication J. Rettenmaier u. Sons, Rosenberg described in detail.

Durchführung der VersuchesCarrying out the experiment

Feststoffgehalt nach DIN ISO 787 Teil 2, pH-Wert nach DIN ISO 787 Teil 9, Low Shear Viskosität nach Brookfield bei 100 U/min nach DIN ISO 2555.
Die Streichfarben wurden mittels eines motorisierten Handrakels (Erich K Control Coater) auf hotzhaltige beziehungsweise AP-haltige Streichrohpaiere mit einer Auftragsmenge von 10 g/m2 appliziert. Das so gestrichene Papier wird in einem Laborkalander unter folgenden Bedingungen satiniert. Walzenobertlächentemperatur: 95 °C Linienkraft: 200 N/mm Geschwindigkeit: 10 m/min zahl der Durchgänge 4 V1 V2 V3 Pigment: CaCO3 (GCC-Slurry) 100 100 100 Binder/Cobinder Additive Synthetische Binder (Styrol-Acrylat) 11 11 11 PVA (4-98) 0,6 0,6 0,6 CMC 0,5 - 0,2 Stärke 3 3 1 optischer Aufheller 0,5 0,5 0,5 Mikrocellulose - 0,4 0,6 (Versuchsprodukt) Feststoffgehalt 68,0 69,8 69,2 pH 8,9 8,8 8,9 Viskosität 1130 1050 1080 (Brookf. 100 U/min)
Solids content according to DIN ISO 787 part 2, pH value according to DIN ISO 787 part 9, low shear viscosity according to Brookfield at 100 rpm according to DIN ISO 2555.
The coating colors were applied by means of a motorized hand doctor blade (Erich K Control Coater) to hot-containing or AP-containing coating raw materials with an application rate of 10 g / m 2 . The thus-coated paper is calendered in a laboratory calender under the following conditions. Walzenobertlächentemperatur: 95 ° C Line force: 200 N / mm Speed: 10 m / min number of passes 4 V1 V2 V3 Pigment: CaCO 3 (GCC-slurry) 100 100 100 Binder / co-binders additives Synthetic binders (Styrene-acrylate) 11 11 11 PVA (4-98) 0.6 0.6 0.6 CMC 0.5 - 0.2 Strength 3 3 1 optical brightener 0.5 0.5 0.5 nitrocellulose - 0.4 0.6 (Trial product) Solids content 68.0 69.8 69.2 pH 8.9 8.8 8.9 viscosity 1130 1050 1080 (Brooks 100 rpm)

Die Untersuchungen zeigten, dass die Mikrocellulose im Hinblick auf Viskositätsverhalten, Aufhellerentwicklung, Coating-Hold-Out aber vor allem die Möglichkeit der Feststoffgehaltserhöhung gegenüber handelsüblichen Cobinder wie Stärke oder CMC Vorteile aufweist Die gestrichenen, satinierten Papiere mit Mikrocellulose (Versuchsprodukt) zeigten jedoch Rakelstreifen die nach entsprechenden Untersuchungen von größeren Mikrocellulose-Teilchen berührten. Die weiteren Versuche befassten sich daher mit einer Optimierung der Mahlung der Mikrocellulose (engeres Komband, keine groben Faseranteile etc.)
Bei Wiederholung der Versuche mit einer durch entsprechende Mahlbedingungen optimierten Mikrocellulose zeigten sich keinerlei Strichmarkierungen beziehungsweise Rakelstreifen.
The investigations showed that the microcellulose in terms of viscosity behavior, brightener development, coating hold-out but above all the possibility of solids content increase compared to commercial cobinder such as starch or CMC advantages The coated, satin-finished papers with microcellulose (test product), however, showed doctor strips after corresponding studies of larger microcellulose particles touched. The further experiments were therefore concerned with an optimization of the grinding of the microcellulose (narrower combination, no coarse fibers, etc.)
Repetition of the experiments with a microcellulose optimized by appropriate grinding conditions showed no line markings or doctor blade strips.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Aufhellerentwicklung mit Mikrocellulose durch Substitution von handelsüblichen Co-Bindern. Mit dieser Versuchsreihe sollte neben der Wasserretention, Viskositäts- und Feststoffgehaltsentwicklung vor allem die Carrierfunktion der Mikrocellulose für optische Aufheller im Vergleich zu handelsüblichen Carrier ermittelt werden. Dazu wurden 2 unterschiedliche Zugabemengen eines Tetrasulfo-Aufheliers mit unterschiedlichen Carriermengen verwendet. Zur Herstellung der Streichfarben sowie Messung der rheologischen Eigenschaften, Auftrag mit dem Handrakel und Satinage wurden die im Ausführungsbeispiel 1 genannten Methoden verwendet. Die Messungen wurden bei 40 ° C durchgeführt. Weißgradmessung (Reflexionsfaktors R 457). Die Messung der Ausblutechtheit erfolgte nach DIN EN 648. Es wurde ein Schnelltest (10 min) mit dem Medium Wasser durchgeführt und ausgewertet.
Rezepturen, Kenndaten der Streichfarben und Messergebnisse der gestrichenen Papiere. V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 Pigment: CaCO3(GCC) 100 100 100 100 100 100 100 Binder/Co-Binder Additive Synth. Binder 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 PVA(4-98) 0,6 0,6 - 1,0 1,0 - 1,0 CMC 0,45 - - 0,45 - 0,45 - Stärke 2 1,5 0,8 2 1,5 2,0 0,8 Mikrocellulose - 0,45 0,75 - 0,45 0,75 0,75 Stearat 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 optischer Aufheller 0,3 0,3 0,3 0,6 0,6 0,6 0,6 Feststoffgehalt(%) 68,6 70,2 72,1 67,2 68,8 69,1 69,5 pH 8,8 8,6 8,7 8,8 8,7 8,7 8,8 Viskosität (mPas) 1240 1120 1180 1220 1140 1220 1130 Brookf. 100U/min Wasserretention (Rheolab) 34 36 25 39 37 40 38 Glanz Tappi 75 26,5 27,5 30,0 22 25 24 26 Weißgrad R 457 (mit UV) 95,5 95,8 94,8 98,7 99,2 97,0 98,8 Ausblutechtheit - - - gut sehr gut gut sehr gut
Brightening development with microcellulose by substitution of commercially available co-binders. In addition to water retention, viscosity and solids content development, this series of experiments was designed primarily to determine the carrier function of microcellulose for optical brighteners in comparison with commercially available carriers. For this purpose, 2 different addition amounts of a Tetrasulfo Aufheliers were used with different carrier amounts. To prepare the coating colors and measurement of the rheological properties, application by hand wringer and calendering the methods mentioned in Example 1 were used. The measurements were carried out at 40 ° C. Whiteness measurement (reflection factor R 457). The measurement of bleeding fastness was carried out according to DIN EN 648. A rapid test (10 min) with the medium of water was carried out and evaluated.
Formulations, characteristics of the coating colors and measurement results of the coated papers. V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 Pigment: CaCO 3 (GCC) 100 100 100 100 100 100 100 Binder / co-binder Additive synth. binder 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 PVA (4-98) 0.6 0.6 - 1.0 1.0 - 1.0 CMC 0.45 - - 0.45 - 0.45 - Strength 2 1.5 0.8 2 1.5 2.0 0.8 nitrocellulose - 0.45 0.75 - 0.45 0.75 0.75 stearate 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 optical brightener 0.3 0.3 0.3 0.6 0.6 0.6 0.6 Solids content (%) 68.6 70.2 72.1 67.2 68.8 69.1 69.5 pH 8.8 8.6 8.7 8.8 8.7 8.7 8.8 Viscosity (mPas) 1240 1120 1180 1220 1140 1220 1130 Brookf. 100U / min water retention (Rheolab) 34 36 25 39 37 40 38 Shine Tappi 75 26.5 27.5 30.0 22 25 24 26 Whiteness R 457 (with UV) 95.5 95.8 94.8 98.7 99.2 97.0 98.8 to bleeding - - - Good very well Good very well

Aus den Versuchen V1 - V3 geht deutlich hervor, dass man durch den Ersatz oder Teilersatz von Co-Binder wie Stärke, CMC und PVA mit der Mikrocellulose höhere Feststoffgehalte erzielbar sind ohne Viskositätsänderungen und Wasserretentionseinbußen. Bei den niedrigen Aufhellermengen sind auch keine Weißgradeinbußen erkennbar, wenn man von dem geringen Weißgradverlust, bei völligen Ersatz von PVA absieht. PVA ist von der optischen Aufhellem her als Carrier der Maßstab. Durch die Feststoffgehatlserhöhung sowie durch den Ersatz von glanzminderten Mittel wie Stärke, CMC und PVA durch Mikrocellulose ergibt sich auch eine Glanzverbessserung. Bei den Versuchen V4-V/7 mit höheren Aufheller- und PVA-Anteilen ergeben sich hinsichtlich Feststoffgehalt, Viskositätsverhalten, Wasserretention und Glanzentwicklung die gleichen Tendenzen wie bei V1-V3. Es zeigten sich jedoch bei dem völligen Ersatz von PVA (mit höheren Aufhelleranteil) noch stärkere Einbußen bei der Aufhellerentwicklung (Weißgrad).From the experiments V1 - V3 it is clear that by replacing or partially replacing co-binders such as starch, CMC and PVA with the microcellulose higher solids contents can be achieved without changes in viscosity and Water retention losses. At the low brightener levels, no loss of whiteness can be seen, apart from the low whiteness loss, with complete replacement of PVA. PVA is the scale of the optical brightener as a carrier. The increase in solids content and the replacement of low-gloss agents such as starch, CMC and PVA by microcellulose also result in a gloss improvement. In tests V4-V / 7 with higher brightener and PVA contents, the same tendencies with respect to solids content, viscosity behavior, water retention and gloss development as in V1-V3 result. However, the complete replacement of PVA (with a higher proportion of brightener) showed even greater losses in brightener development (whiteness).

Die Messergebnisse der optischen Eigenschaften der Glasfaserpads, die zur Bestimmung der Ausblutechtheit verwendet wurden, zeigten mit Mikrocellulose in Verbindung mit PVA die besten Ergebnisse. Es ist anzunehmen, dass bei noch höheren Aufhelleranteilen mit der wasserunlöslichen Mikrocellulose gegenüber den wasserlöslichen Carrier wie Stärke, CMC, PVA, PEG etc. noch stärkere Differenzierungen auftreten.The measurement results of the optical properties of the glass fiber pads used to determine bleed fastness showed the best results with microcellulose in combination with PVA. It can be assumed that with even higher brightener proportions with the water-insoluble microcellulose than the water-soluble carriers such as starch, CMC, PVA, PEG, etc., even greater differentiations occur.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Substitution von handelsüblichen Cobindem durch Mikrocellulose bei
Offsetrezepturen mit
einem Pigmentgemisch Calciumcarbonat und Kaolin.
Substitution of commercial cobindems by microcellulose
Offset recipes with
a pigment mixture of calcium carbonate and kaolin.

Bei den Untersuchungen sollte ermittelt werden inwieweit die erfindungsgemäße Mikrocellulose durch Erhöhung des Feststoffgehaltes im Vergleich zu anderen handelsüblichen Cobindem eine Bindemitteleinsparung ohne Beeinträchtigung der
sonstigen
Funktionen von Cobindem zuläßt.
Als Rohpapier wurde ein 46 g/m2 holzhaltiges Rohpapier verwendet. Zur
Herstellung der
Streichfarben sowie Messung der rheologischen Eigenschaften, Auftrag mit dem
Handrakel
und Satinage sowie optischen Papierprüfungen wurden die im Ausführungsbeispiel 1 und 2 genannten Methoden verwendet.
In the investigations, it was to be determined to what extent the microcellulose according to the invention, by increasing the solids content in comparison with other commercially available cobinders, saves binder without impairing the
other
Functions of Cobindem permits.
The base paper used was a 46 g / m2 wood-containing base paper. to
Production of the
Coating colors as well as measurement of the rheological properties, order with the
manual knife
and Satinage and optical paper tests, the methods mentioned in Example 1 and 2 were used.

Der Strichauftrag beträgt 12 g/m2.
Die Glätte nach Bekk sec. erfolgte nach DIN 53107. Die Beurteilung der Bedruckbarkeit wurde mit dem Probedruckgerät der Fa. Prüfbau (Mehrzweckprobedruckgerät) durchgeführt.
The coating is 12 g / m 2 .
The smoothness of Bekk sec. Was in accordance with DIN 53107. The assessment of the printability was carried out with the test printing device Fa. Prüfbau (multi-purpose trial printing device).

Wegschlagtestfarbe 520068 M. Huber München, Rupftestfarbe 408001 Farben Huber München Druckgeschwindigkeit 1,5 m/s (1,0m/s ist Standard)Impact test color 520068 M. Huber Munich, pluck test color 408001 colors Huber Munich print speed 1.5 m / s (1.0m / s is standard)

Offset-Strichfarbenrezptur mit und ohne Mikrocellulose. V1 V2 V3 V4 V5 Pigment: Calciumcarbonat 70 70 70 70 70 (GCC) Streichkaolin 30 30 30 30 30 Binder/Cobinder Additive: (Styrol-Acylat) 10 10 9 10 9,5 PVA (4-98) 2,0 2,0 2,0 2,0 1,5 Ca- Stearat 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 CMC 0,4 - - - - Stärke - - - 3,0 1,0 optischer Aufheller 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6. Mikrocellulose - 0,3 0,4 - 0,6 Feststoffgehalt (%) 66,2 67,9 67,7 65,6 67,2 pH 8,7 8,8 8,7 8,8 8,9 Viskosität (mPas) 1420 1350 1420 1310 1580 Brookf. 10U/min UV Weißgrad R 457 % 84,5 84,9 85,1 83,8 84,2 Glanz Tappi 575 72,1 73,8 74,2 71,4 73,2 Glätte Bekk sec. 1290 1385 1420 1310 1380 Offset Strichfarbenreptur with and without microcellulose. V1 V2 V3 V4 V5 Pigment: calcium carbonate 70 70 70 70 70 (GCC) coating kaolin 30 30 30 30 30 Binder / co-binders additives: (Styrene-acylate) 10 10 9 10 9.5 PVA (4-98) 2.0 2.0 2.0 2.0 1.5 Ca stearate 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 CMC 0.4 - - - - Strength - - - 3.0 1.0 optical brightener 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6. nitrocellulose - 0.3 0.4 - 0.6 Solids content (%) 66.2 67.9 67.7 65.6 67.2 pH 8.7 8.8 8.7 8.8 8.9 Viscosity (mPas) 1420 1350 1420 1310 1580 Brookf. 10U / min UV whiteness R 457% 84.5 84.9 85.1 83.8 84.2 Shine Tappi 575 72.1 73.8 74.2 71.4 73.2 Smoothness Bekk sec. 1290 1385 1420 1310 1380

Die Untersuchungsergebnisse bestätigen die im Ausführungsbeispiel 2 festgestellten Möglichkeiten einer Einstellung von höheren Feststoffgehalten mit Mikrocellulose auch mit Pigmentgemischen ohne Einbußen der sonstigen Funktionen von Cobindem. Vielmehr wird eine leichte Verbesserung der Weiße und Glätte, aber vor allem eine Glanzerhöhung festgestellt.
Bei der Bedruckbarkeitsbeurteilung ergab sich ein positiv einzuschätzendes etwas schnelleres Wegschlagverhalten der Druckfarbe mit den Formulierungen der Mikrocellulose gegenüber den CMC- und Stärkeformulierungen. Vom Wegschlagvorgang Druckfarbe- Bedruckstoff werden u.a. beeinflusst, wie Farbannahme, Rupfverhalten, Mottling und Scheuerfestigkeit. Trotz einer Bindereinsparung bei Rezeptur V3 und V5 zeigte sich mit Mikrocellulose kein Rupfen. Unter Rupfen versteht man die Beschädigung der Papieroberfläche durch die von der Druckfarbe beim Trennvorgang ausgeübten Zugkräfte.
Dabei können unterschiedliche Formen des Rupfens beobachtet werden wie zum Beispiel vereinzelte Strichausbrechen, Faserausriss, Aufreißen des Papiers oder Ablösen der Cellulosedecke bei Karton.
The results of the investigation confirm the possibilities of setting higher solids contents with microcellulose, which were determined in Example 2, even with pigment mixtures without sacrificing the other functions of Cobindem. Rather, a slight improvement in whiteness and smoothness, but above all a gloss increase is found.
In the printability evaluation, there was a slightly faster ink bleed performance with the microcellulose formulations versus the CMC and starch formulations. From the impact process Printing ink substrates are influenced, among other things, such as ink acceptance, picking behavior, mottling and abrasion resistance. Despite a binder savings in formulations V3 and V5 showed no plucking with microcellulose. Plucking means the damage to the paper surface by the tensile forces exerted by the printing ink during the separation process.
Different types of plucking can be observed, such as occasional bar breakage, fiber breakage, tearing of the paper or detachment of the celluloid blanket in the case of cardboard.

Die Bindereinsparung, die je nach Rezeptur und Feststoffgehaltserhöhung bis über 2 Teile Binder betragen kann, wird über die geringere Penetration des Binders durch den höheren Feststoffgehalt sowie über die Barrierewirkung der Mikrocellulose an der Grenzfläche des Papiers ermöglicht.The binder savings, which can be up to more than 2 parts binder depending on the formulation and solids content increase, is made possible by the lower penetration of the binder by the higher solids content and by the barrier action of the microcellulose at the paper's interface.

Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4 Mikrocellulose in TiefdruckrezepturMicrocellulose in gravure formulation

Aus ULWC-Papiere (Ultra-Light-Weight-Coated FG 35 - 48 g/m2) und an LWC (Light-Weight Coated FG 51 - 72g/m2) werden durch die geringen Strichauftragsmenge und den hohen Auftragsgeschwindigkeiten besonders hohe Ansprüche an das rheologische Verhalten gestellt. Die erzielbaren Feststoffgehalte liegen daher nur bei ULWC bei ca. 46 - 49% und bei LWC bei 56 - 60 %. Dabei zeigt sich auch hier ein verstärkter Trend zu sogenannten aufgebesserten LWC-Papieren, das heißt vor allem gestrichene Papiere mit höherer Weiße. Dies kann z.T. nur noch über optische Aufheller realisiert werden, sodass seit kurzer Zeit auch im Tiefdruck LWC optische Aufheller verwendet werden.From ULWC paper (Ultra Light Weight Coated FG 35 - 48 g / m 2 ) and LWC (Light Weight Coated FG 51 - 72g / m 2 ) are due to the low coating order and the high job speeds particularly high standards posed the rheological behavior. The achievable solids contents are therefore only at ULWC at about 46 - 49% and at LWC at 56 - 60%. Here, too, there is an intensified trend towards so-called upgraded LWC papers, that is primarily coated papers with a higher whiteness. In some cases, this can only be achieved by means of optical brighteners, so that LWC optical brighteners have also recently been used in gravure printing.

Da Carrier für optische Aufheller wie CMC und Stärke im Tiefdruck wegen der Beeinträchtigung der Bedruckbarkeit (missing dots = fehlende Rasterpunkte) nicht verwendet werden können und PVA zusätzlich zu Viskositätsanstiegen führt, sucht man nach alternativen Carrier beziehungsweise Cobinder zum Beispiel Mikrocellulose. Die Streichversuche wurden mit einem 36 g/m2 holzhaltigem Streichrohpapier durchgeführt.Since carriers for optical brighteners such as CMC and gravure printing can not be used due to the impairment of printability (missing dots) and PVA additionally leads to increases in viscosity, alternative carriers or cobinders, for example microcellulose, are sought. The coating tests were carried out with a 36 g / m 2 wood-containing base paper.

Zur Herstellung der Streichfarben sowie der rheologischen Eigenschaften, Auftrag mit dem Handrakel und Satinage wurden die im Ausführungsbeispiel 1 genannten Methoden verwendet. Gleichzeitig wurden mit dem Haake-Viskosimeter Messungen im höheren Scherbereich durchgeführt. Das Rotationsviskosimeter mit einem koaxialem Zylindersystem ermöglicht Messungen im definierten Scherspalt. Durch die Wahl der Drehzahl des Rotationskörpers und der Ausmessungen des Scherspaltes lässt sich dabei das Schergefälle im weiten Bereich bis. max. 4 104 s -1 variieren.To prepare the coating colors and the rheological properties, application by hand wringer and calendering the methods mentioned in Example 1 were used. At the same time measurements were carried out with the Haake viscometer in the higher shear range. The rotational viscometer with a coaxial cylinder system enables measurements in the defined shear gap. By choosing the speed of the rotating body and the dimensions of the shear gap can be the shear rate in the wide range up. Max. 4 10 4 s -1 vary.

Das Strichauftragsgewicht beträgt 10 g/m2.The coat application weight is 10 g / m 2 .

LWC-Tiefdruck-RezepturLWC rotogravure formulation

V1V1 V2V2 V3V3 V4V4 Pigment:Pigment: Streichkaolincoating kaolin 7070 7070 7070 7070 (hoher aspect ratio)(high aspect ratio) Calciumcarbonat (GCC)Calcium carbonate (GCC) 1515 1515 1515 1515 Talkum (50 % < µm)Talcum (50% <μm) 1515 1515 1515 1515 Binder/CobinderBinder / co-binders Additiveadditives Synthetische BinderSynthetic binders 4,54.5 4,54.5 4,54.5 4,54.5 PVAPVA -- -- 0,80.8 0,50.5 Mikrocellulosenitrocellulose -- 0,20.2 -- 0,30.3 Synthetischer VerdickerSynthetic thickener 0,50.5 0,30.3 0,350.35 0,20.2 Ca-StearatCa stearate 0,80.8 0,80.8 0,80.8 0,80.8 optischer Aufhelleroptical brightener -- -- 0,50.5 0,50.5 Feststoffgehalt %Solids content% 57,557.5 58,858.8 56,256.2 57,857.8 Brookfield ViskositätBrookfield viscosity 100 U/min (mPas)100 rpm (mPas) 950950 890890 10501050 10201020 Weißgrad R 457 mit UVWhiteness R 457 with UV 76,176.1 75,975.9 82,682.6 82,082.0

Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass auch bei Tiefdruckfarben mit Mikrocellulose Feststoffgehaltserhöhungen - mit den bereits beschriebenen Vorteilen - ohne Viskositätsanstieg oder sonstiger nachteilige Auswirkungen möglich ist.The results of the investigation show that even with gravure inks with microcellulose solid content increases - with the already described advantages - without increase in viscosity or other adverse effects is possible.

Die Haake-Viskosität der einzelnen Formulierungen korrelieren mit der Brookfieldviskosität, wobei die Formulierungen mit der Mikrocellulose tendenzmäßig etwas niedriger liegen.The Haake viscosity of the individual formulations correlates with the Brookfield viscosity, with the formulations with the microcellulose tending to be slightly lower.

Beim Streichen mit hoher Geschwindigkeit entstehen vor der Bladekante hohe Druckgradienten. Durch die physikalischen Eigenschaften der Mikrocellulose wie gute Wasserretention bei hoher Scherung, rheologischem Verhalten und der Barrierewirkung an der Papiergrenzfläche beziehungsweise Funktion als "organisches Streichpigment" wird eine Verringerung des Schaberdruckes sowie eine Verringerung der Wasserabgabe an das Streichrohpapier (geringere Schwächung des Fasergefüges) erzielt, sowie einer hydraulischen Einpressung der Streichfarbe in das Rohpapier entgegenwirkt.When painting at high speed, high pressure gradients are created in front of the blade edge. Due to the physical properties of the microcellulose such as good water retention at high shear, rheological behavior and the barrier effect on the paper interface or function as an "organic coating pigment" a reduction of the scraper pressure and a reduction of the water delivery to the base paper (less weakening of the fiber structure) is achieved, as well Counteracts a hydraulic injection of the coating color in the base paper.

Ausfühnrngsbeispiel 5Embodiment 5 Verbesserung des InkjetImprovement of the inkjet

Durch die hohe kationische Grenzflächenladung (Zeta-Potential) und Mikrokapillarität der Mikrocellulose werden die anionischen, wasserlöslichen Tinten von Inkjetfarben an der Oberfläche durch eine schnelle Adsorption verankert.
Zusätzlich unterstützt die Kapillarität der Mikrozellulose das Separieren von Farbstoffen und Flüssigkeit durch den Chromatographieefffekt. Kationische Mikrozellulose weist ein hervorragendes Wasserretentionsvermögen auf, was sich entsprechend positiv auf die Qualitätseigenschaften vor allem von pigmentierten kationischen Strichen auswirkt.
Due to the high cationic interfacial charge (zeta potential) and microcapillarity of the microcellulose, the anionic, water-soluble ink ink inks are anchored to the surface by rapid adsorption.
In addition, the capillarity of the microcellulose promotes the separation of dyes and liquid by the chromatographic effect. Cationic microcellulose has an excellent water retention capacity, which has a correspondingly positive effect on the quality properties, especially of pigmented cationic streaks.

Zur Herstellung der kationischen Streichfarben sowie Messung der rheologischen Eigenschaften, Auftrag mit Handrakel und Satinage wurden die im Ausführungsbeispiel 1 genannten Methoden verwendet. Die Ladungsmessung (Zeta-Potential) erfolgte mit einem Zeta-Meter, das auf dem Prinzip der Mikroelektrophorese beruht.For the preparation of the cationic coating colors and measurement of the rheological properties, application by doctor blade and calendering the methods mentioned in Example 1 were used. The charge measurement (zeta potential) was carried out with a zeta meter based on the principle of microelectrophoresis.

Strichrezepturen für kationische Streichfarben:Line formulations for cationic coating colors:

V1V1 V2V2 V3V3 V4V4 V5V5 Streichpigmente:Coating pigments: Streichkaolincoating kaolin -- -- 100100 mod. CaCO3mod. CaCO3 -- -- -- 100100 100100 Binder/CobinderBinder / co-binders Additiveadditives Synth. Binder (kat.)Synth. Binder (cat.) -- -- -- 1818 1818 Mikrocellulosenitrocellulose 8585 7070 3535 -- 22 kationische Mittelcationic agents 1515 3030 1515 99 99 Vemetzercrosslinkers 0,20.2 0,20.2 0,20.2 0,50.5 0,50.5 StreichfarbeneigenschaftenCoating color properties Feststoffgehalt(%)Solids content (%) 10,510.5 10,010.0 15,615.6 26,026.0 27,227.2 Viskosität Brookf.Viscosity Brookf. 940940 640640 620620 540540 450450 (mPas)(MPas) Zeta-Potential(MV)Zeta potential (MV) +64+64 +90+90 +93+93 +82+82 +85+85 pH-WertPH value 7,37.3 8,28.2 5,95.9 8,68.6 8,78.7

Die Untersuchungsergebnisse zeigten, dass durch die kationischen Streichfarben mit Mikrocellulose eine ausgezeichnete Inkjetbedruckbarkeit bei farbigen Ausdrucken sowohl mit HP CP 1160, HP 895 Cxi, HP 950, Epson C 80 und Canon J750 erzielen lässt, die sich deutlich von konventionell gestrichenen und oberflächengeleimten Papieren im Hinblick auf Farbbrillanz, optische Dichte der Farben, Punktschärfe, Bleeding und Mottling unterscheiden. Die Streichfarben zeichnen sich außerdem durch eine schnelle Farbtrocknung (Erhöhung der Wischfestigkeit) und höhere Wasserbeständigkeit aus. Bedingt durch das ausgezeichnete Wasserretentionsvermögen der kationischen Mikrocellulose sind auch bei pigmentierten, kationischen Streichfarben mit hohen Inkjet-Qualitätsmerkmalen mit 1-2 Teilen kationisierte Mikrocellulose noch weitere Qualitätsverbesserungen bei allen Druckern im Hinblick auf Farbbrillanz, Bleeding und Mottling erzielbar.The test results showed that the microcellulose cationic coating colors provide excellent inkjet printability in both HP CP 1160, HP 895 Cxi, HP 950, Epson C 80, and Canon J750 inkjet prints that are significantly superior to conventionally coated and surface sized papers on color brilliance, optical density of Distinguish colors, point sharpness, bleeding and mottling. The coating colors are also characterized by rapid color drying (increase in smudge resistance) and higher water resistance. Due to the excellent water retention capacity of cationic microcellulose, even with pigmented, cationic coating colors with high inkjet quality characteristics with 1-2 parts of cationized microcellulose, further quality improvements can be achieved in all printers in terms of color brilliance, bleeding and mottling.

Ausführungsbeispiel 6Embodiment 6 Pilotversuch mit Offset-Rezepturen für gestrichene Digitaldruckpapiere (Laserdruck).Pilot experiment with offset formulations for coated digital printing papers (laser printing).

Mit diesen Untersuchungen sollte eine Verbesserung der Laufeigehschaften von gestrichenen papieren in digitalen Druckstraßen (Laserdruck) erzielt werden. Gestrichene Papiere weisen häufig in der Ablage oder beim Durchlaufen der Nachbearbeitungsmaschinen noch Restladungen auf und erzeugen dadurch Papierstaus und Ablagefehler.
Bei einem Pilotversuch wurde bei Versuchen auch Mikrocellulose eingesetzt. Zur Einstellung des Durchgangs- und Oberflächenwiderstandes, der Auf- und Entladevorgänge wurde u. a. NaCl mit eingesetzt. Als Streichrohpapier wurde ein holzfreies Papier mit einer flächenbezogenen Masse von 138 g/m2 eingesetzt. Zur Durchführung der Versuche stehen folgende Maschinen und Einrichtungen zur Verfügung:

  • Streichfarbenaufbereitung mit 3 Rotor-Stator-Systemen (GAW VST "Variable Shear Technology)
  • Batch- und Jet-Kocher zur Stärkeaufbereitung
  • Streichmaschine (Breite 59 cm) mit Walzen- und Düsenauftragssystem mit Stiff oder Bent Blade oder Rollrakel sowie mit Filmpresse mit allen gängigen Vordosiersystemen für Streichgeschwindigkeiten zwischen 50 m/min und 2500 m/min.
These studies aimed to improve the runnability of coated papers in digital printing lines (laser printing). Coated papers often still have residual charges in the tray or when passing through the post-processing machines and thereby generate paper jams and storage errors.
In a pilot experiment microcellulose was used in experiments. To adjust the passage and surface resistance, the loading and unloading processes, NaCl was also used. As a base paper, a wood-free paper with a basis weight of 138 g / m 2 was used. The following machines and equipment are available for carrying out the tests:
  • Coating color preparation with 3 rotor-stator-systems (GAW VST "Variable Shear Technology)
  • Batch and jet cooker for starch preparation
  • Coater (width 59 cm) with roller and nozzle application system with Stiff or Bent Blade or roller blade as well as with film press with all common pre-metering systems for coating speeds between 50 m / min and 2500 m / min.

Technische Beschreibung:Technical description:

Ab-, AufrollungOff, reeling JagenbergJagenberg Antriebdrive Siemens Master DrivesSiemens Master Drives Qualitätsleitsystemquality control system MeasurexMeasurex Prozessleitsystemprocess Control System GAW/M + RGAW / M + R ZugmessungDraft measurement ABB, beidseitigABB, both sides BahnkantensteuerungWeb guide Erhardt & LeimerErhardt & Leimer Trocknungdesiccation Krieger INFRA-AIR-Trockner CB-AIR-TrocknerWarrior INFRA-AIR-Dryer CB-AIR-Dryer

Als Auftragsaggregat wurde das Düsenauftragsaggregat Jetflow F mit Stiff Blade eingesetzt.The application unit Jetflow F with Stiff Blade was used as the application unit.

Strichauftragsgewicht 12 g/m2.Coating application weight 12 g / m 2 .

Die gestrichenen Papierrollen wurden im Anschluss am 12-Walzen-Superkalander (Fa. Voith Sulzer) kalandriert. Die eingestellten Parameter für die Satinage der Papiermuster V1, V2 und V3 waren:

  • Arbeitsgeschwindigkeit:    400 m/min
  • Walzentemperatur H1/H2:    60°C, 60 °C
  • Linienkraft:    180N/mm
  • Nip:    2
The coated paper rolls were then calendered on the 12-roll supercalender (Voith Sulzer). The parameters set for the calendering of the paper samples V1, V2 and V3 were:
  • Working speed: 400 m / min
  • Roll temperature H1 / H2: 60 ° C, 60 ° C
  • Line force: 180N / mm
  • Nip: 2

Zur Untersuchung des Einflusses der Satinagebedingungen auf die Laufeigenschaften der Papiermuster an einer digitalen Druckstraße wurde das Papiermuster V4 zu einem Drittel nicht kalandriert (Einstellung 1) sowie mit zwei unterschiedlichen Satinageeinstellungen (Einstellung 2 und 3) kalandriert.To study the influence of the calendering conditions on the running properties of the paper samples on a digital printing line, one-third of the paper sample V4 was calendered (setting 1) and calendered with two different calendering settings (settings 2 and 3).

Folgende Einstellungen wurden insgesamt vorgenommen: Einstellung 1 2 3 Arbeitsgeschwindigkeit - 300 m/min 500 m/min Walzentemperatur H1/H2 - 90 °C/ 90 °C 90 °C/ 90 °C Linienkraft - 110 N/mm 300 N/mm Nip - 3 11 The following settings have been made altogether: attitude 1 2 3 Working speed - 300 m / min 500 m / min Roll temperature H1 / H2 - 90 ° C / 90 ° C 90 ° C / 90 ° C line force - 110 N / mm 300 N / mm nip - 3 11

Die Satinage gemäß der Einstellung 2 entsprach den Satinagebedingungen eines Offsetpapiers sowie die Einstellung 3 den Satinagebedingungen eines Tiefdruckpapiers. Das nicht kalandrierte Papiermuster (Einstellung 1) wurde mit V4, das mit der Einstellung 2 kalandrierte Papiermuster mit V4 ! sowie das mit der Einstellung 3 kalandrierte Papiermusten mit V4II gekennzeichnet.The calendering according to setting 2 corresponded to the calendering conditions of an offset paper and the setting 3 to the calendering conditions of a rotogravure paper. The non-calendered paper pattern (setting 1) was changed to V4, the setting 2 calendered paper samples to V4! as well as the calendered with the setting 3 Papiermusten marked V4II.

Strichrezepturen für den Pilotversuch.Line formulas for the pilot trial.

V1V1 V2V2 V3V3 V4V4 Pigment:Pigment: Calciumcarbonat (GCC)Calcium carbonate (GCC) 7070 7070 7070 7070 Streichkaolincoating kaolin 3030 3030 3030 3030 Binder/Co-BinderBinder / co-binder Additive:additives: Synth. Binder 1Synth. Binder 1 12,012.0 12,012.0 -- -- (Styrol-Acrylat)(Styrene-acrylate) Synth. Binder 2Synth. Binder 2 -- -- 9,09.0 9,09.0 (Styro-Acrylat)(Styrofoam-acrylate) PVA 4-98PVA 4-98 -- -- 2,52.5 2,52.5 CMCCMC 0,40.4 0,40.4 -- -- optischer Aufhelleroptical brightener 0,50.5 0,50.5 0,50.5 0,50.5 NaClNaCl -- 2,02.0 -- 2,02.0 Mikrocellulosenitrocellulose -- -- 0,50.5 0,50.5

Die wichtigsten Kenndaten aus den Streichversuchen sind in der nachfolgenden Tabelle ersichtlich:The most important characteristics from the coating tests are shown in the following table:

(Streichfarbenviskosität, Feststoffgehalt, pH-Wert siehe Beispiel 1)(Coating color viscosity, solids content, pH see Example 1) Kenndaten der Streichfarben V1 - V4Characteristics of the coating colors V1 - V4

V1V1 V2V2 V3V3 V4V4 Streichgeschwindigkeit (m/min)Coating speed (m / min) 900900 14001400 14001400 14001400 Strichauftragsgewicht (g/m2)Coating order weight (g / m2) 12,212.2 12,012.0 12,012.0 12,412.4 StreichfarbenviskositätCoating color viscosity Brookfield 100 (mPas)Brookfield 100 (mPas) 15501550 29802980 740740 24202420 Feststoffgehatt (%)Solids content (%) 6868 6262 66,666.6 65,065.0 pH-WertPH value 8,88.8 8,88.8 8,98.9 8,88.8

Bestimmungsmethoden für Papierprüfung und Bedruckbarkeitsbeurteilung:Methods of determination for paper testing and printability evaluation:

  • Bestimmung der flächenbezogenen Masse (DIN EN ISO 536)Determination of basis weight (DIN EN ISO 536)
  • Bestimmung der absoluten Feuchte (DIN EN 20287)Determination of absolute humidity (DIN EN 20287)
  • Messung des Reflexionsfaktors R 457 (Weißgradmessung)Measurement of the reflection factor R 457 (whiteness measurement)
  • Messung des Glanzes nach ZM V/22/72Measurement of the gloss according to ZM V / 22/72
  • Bedruckbarkeitsprüfung mit dem OffsetprobedruckgerätPrintability test with the offset proofing device

Folgende Bedruckbarkeitsprüfungen werden dabei durchgeführt (siehe dazu "Testmethoden im Offset für Druckfarben und Bedruckstoffe Michael Huber München 2 Auflage):

  • Wegschlagtest (Wegschlagverhalten von Farben)
  • Rupftest (Ermittlung der Rupffestigkeit)
  • Nassrupftest (Berücksichtigung der Feuchtung von Offsetdruckpapieren)
  • Bestimmung des elektrostatischen Auf- und Entladeverhalten (Static Charge Analyser Fa. Monroe Elektronics)
The following printability tests are carried out (see "Test Methods in the Offset for Printing Inks and Substrates Michael Huber Munich 2 Edition):
  • Impact test (color impact behavior)
  • Plucking test (determination of pick resistance)
  • Wet picking test (consideration of the dampening of offset printing papers)
  • Determination of electrostatic charging and discharging behavior (Static Charge Analyzer from Monroe Elektronics)

Physikalische Papierprüfung der gestrichenen und satinierten Papiere V1-V4Physical paper testing of coated and calendered papers V1-V4

V1V1 V2V2 V3V3 V4V4 V4IV4I V4IIV4II Flächenbezogene Masse (g/m2)Areal mass (g / m 2 ) 95,195.1 93,293.2 92,992.9 93,293.2 93,693.6 94,594.5 Dicke (µm)Thickness (μm) 8181 8181 8181 9595 8686 7373 absolute Feuchte (%)absolute humidity (%) 4,34.3 4,54.5 4,34.3 4,84.8 4,84.8 4,64.6 Glätte (PPS m)Smoothness (PPS m) 1,4/1,81.4 / 1.8 2,0/2,12.0 / 2.1 2,4/2,32.4 / 2.3 4,8/4,94.8 / 4.9 2,9/3,02.9 / 3.0 1,4/1,41.4 / 1.4 Weißgrad R 457(%) OSWhiteness R 457 (%) OS 97,197.1 97,597.5 100,3100.3 100,5100.5 100,3100.3 99,499.4 USUS 97,597.5 98,598.5 100,3100.3 100,7100.7 100,6100.6 99,699.6 Glanz 75° (%) OSGloss 75 ° (%) OS 61,361.3 49,349.3 46,346.3 24,024.0 38,038.0 70,970.9 USUS 58,458.4 45,745.7 44,044.0 21,421.4 35,135.1 68,968.9

Die Prüfung der Trockenrupffestigkeit mit dem Prüfbau
Mehrzweckprobedruckmaschine MZ II erfolgte gemäß den Angaben Druckfarbe Rupftestfarbe 40 8002, normale Zügigkeit Geschwindigkeit 3 m/s Druckkraft 150 N/cm Farbauftrag 200 mg(= ca. 1,5 g/m2) Verteilzeit 30 s Einfärbezeit Druckwalze 30 s Druckform Gummi
Testing the dry picking strength with the Prüfbau
Multipurpose proof printing machine MZ II was made according to the specifications printing ink Plucking test color 40 8002, normal tack speed 3 m / s thrust 150 N / cm inking 200 mg (= approx. 1.5 g / m2) distribution time 30 s Coloring time pressure roller 30 s printing form rubber

Trocken- und Nassrupffestigkeit V1-V4Dry and wet picking strength V1-V4

Papiermusterpaper pattern Trockenrupffestigkeitdry pick Nassrupffestigkeitwet pick resistance V1-OSV1 OS einwandfreiperfect starkes Aufbauenstrong building V1-SSV1-SS einwandfreiperfect starkes Aufbauenstrong building V2-OSV2 OS einwandfreiperfect starkes Aufbauenstrong building V2-SSV2-SS einwandfreiperfect starkes Aufbauenstrong building V3-OSV3 OS einwandfreiperfect kein bis leichtes Abstoßenno to easy repulsion V3-SSV3-SS einwandfreiperfect kein bis leichtes Abstoßenno to easy repulsion V4-OSV4 OS einwandfreiperfect kein bis leichtes Abstoßenno to easy repulsion V4-SSV4-SS einwandfreiperfect kein bis leichtes Abstoßenno to easy repulsion V4I-OSV4I-OS einwandfreiperfect leichtes Abstoßeneasy repulsion V4I-SSV4I-SS einwandfreiperfect leichtes Abstoßeneasy repulsion V4II-OSV4II-OS einwandfreiperfect starkes Abstoßenstrong repulsion V4II-SSV4II-SS einwandfreiperfect starkes Abstoßenstrong repulsion

Abstoßen:Repel:
Das aufgetragene Feuchtmittel wird nicht ausreichend von der Strichoberfläche adsorbiert, die Druckfarbe wird auf Grund dessen in dieser Zone nicht vollständig von der Papieroberfläche angenommen und verbleibt auf der Druckform.The applied dampening solution is not sufficiently adsorbed by the coating surface, as a result of which the printing ink is not completely accepted by the paper surface in this zone and remains on the printing form.
Aufbauen:Build up:
Der Papierstrich wird durch das aufgetragene Feuchtmittel angelöst beziehungsweise in seiner Oberflächenfestigkeit herabgesetzt und lagert sich beim Druckprozess auf Grund der Zugkraft in seiner Zone auf der Druckform an.The paper coating is dissolved by the dampening agent applied or reduced in its surface strength and accumulates in the printing process due to the tensile force in its zone on the printing plate.

Die Farbdichtewerte und das Farbwegschlagverhalten sind als normal anzusehen, wobei V2 und V4I und V4II ein langsameres Farbwegschlagverhalten aufweisen. V3 mit Mikrocellulose zeigt das schnellste Farbwegschlagverhalten.The color density values and the ink-rebound behavior are to be regarded as normal, with V2 and V4I and V4II having a slower ink-rebound behavior. V3 with microcellulose shows the fastest color pathway behavior.

Aus den Untersuchungsergebnissen geht hervor, dass sich mit Mikrocellulose neben den guten Laufeigenschaften trotz etwas geringeren Binderanteil keine Bedruckbarkeitsprobleme hinsichtlich des Rupfens ergibt.The results of the investigation show that microcellulose, in addition to the good running properties, results in no printability problems with regard to plucking despite the somewhat lower binder content.

Vielmehr ergeben sich mit Mikrocellulose Vorteile im Offset im Hinblick auf Abstoßen der Druckfarbe. Nur bei starker Tiefdrucksatinage (V4 II), die im Offset nicht üblich sind, kommt es zum abstoßen der Druckfarbe.
Trotz der stärker verdickender Wirkung beziehungsweise stärkeren
Viskositätsanstieg von PVA
gegenüber den synthetischen Bindern ergeben sich Vorteile mit Feststoffgehaltsentwicklung. Aus den Untersuchungen ist weiter zu entnehmen, dass die Kombination PVA/ Mikrocellulose eine gute Weißgradentwicklung beziehungsweise gute Carrierwirkung für optische Aufheller aufweist.
Die Druck- und Verarbeitungsversuche mit den Versuchspapieren V1-V4 wurden mit einer digitalen Druckstrasse der Firma Océ durchgeführt. Dabei kann es bei 1000 Seiten pro Minute bei beidseitigem Druck bei der Offsetrezeptur V1 wegen der hohen statischen Aufladung zu Laufproblemen kommen. Besonders zeichnen sich die mit Mikrocellulose hergestellten gestrichenen Papiere im Hinblick auf Tonerhaftung aus.
Rather, microcellulose gives rise to advantages in terms of offset in terms of repelling the printing ink. Only with strong gravure inking (V4 II), which are not common in offset, it comes to repel the ink.
Despite the stronger thickening effect or stronger
Viscosity increase of PVA
compared to the synthetic binders there are advantages with solid content development. It can also be deduced from the investigations that the combination PVA / microcellulose has a good degree of whiteness or a good carrier effect for optical brighteners.
The printing and processing experiments with the test papers V1-V4 were carried out with a digital printing line of Océ. It can come at 1000 pages per minute with double-sided printing at the offset formulation V1 because of the high static charge to running problems. In particular, the coated papers produced with microcellulose are characterized in terms of toner adhesion.

Claims (8)

  1. A coating dispersion,
    1.1 the dispersion containing microcellulose;
    1.2 the microcellulose having a mean particle diameter of 10 to 1000 nm and an anionic interfacial charge.
  2. A dispersion according to claim 1, characterized in that the mean particle diameter lies between 10 and 500 nm.
  3. A dispersion according to claim 1, characterized in that the mean particle diameter lies between 10 and 200 nm.
  4. A dispersion according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the particles have a zeta potential of -17 to -20 mV.
  5. A method for the cationization of the dispersion according to claim 1, characterized in that the anionic microcellulose is presented in an aqueous medium and one or several cationic additives are added to said medium under stirring.
  6. A method according to claim 5, characterized in that the particles have a zeta potential of 5 to 90 mV.
  7. A method for the cationization of the dispersion according to claim 6, characterized in that the cationic additives are water-soluble polymers.
  8. A method for the cationization of the dispersion according to claim 7, characterized in that the water-soluble polymers contain quaternary nitrogen atoms in the main chain and/or in the side chains.
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