Wäßrige Anschlärπmungen von feinteiligen Füllstoffen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung zur Herstellung füllstoff- haltiger PapiereAqueous suspensions of finely divided fillers, processes for their manufacture and their use for the manufacture of filler-containing papers
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft wäßrige Anschlammungen von feinteiligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, füllstoffhaltigem Karton und füllstoffhaltiger Pappe.The invention relates to aqueous slurries of finely divided fillers which are at least partially coated with polymers, processes for their preparation and their use as additives to the pulp in the manufacture of filler-containing paper, filler-containing cardboard and filler-containing cardboard.
Aus der DE-B-25 16 097 ist bekannt, daß man wäßrige Suspensionen von anorganischen Teilchen, die ein positives Zetapotential aufweisen, mit einem anionischen Latex eines Harzes mischt, wobei das Gleichgewicht der negativen und positiven Ladungen der Teilchen des anorganischen Stoffes in der Suspension und des Harzes in dem Latex beim Vermischen so eingestellt wird, daß im wesent- liehen alle Harzteilchen an die Oberfläche der Teilchen des anorganischen Stoffes gebunden werden und die so erhaltenen beschichteten Teilchen ein Zetapotential von im wesentlichen 0 aufweisen. Die Behandlung der anorganischen Teilchen mit einem Latex setzt jedoch voraus, daß die anorganischen Teilchen mit einem kat- ionischen Mittel, wie kationischer Stärke, vorbehandelt werden, damit sie ein positives Zetapotential haben. Die wäßrigen Suspensionen werden bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier dem Papierstoff zugesetzt.From DE-B-25 16 097 it is known that aqueous suspensions of inorganic particles which have a positive zeta potential are mixed with an anionic latex of a resin, the balance of the negative and positive charges of the particles of the inorganic substance in the suspension and the resin in the latex during mixing is adjusted such that essentially all of the resin particles are bound to the surface of the particles of the inorganic substance and the coated particles thus obtained have a zeta potential of essentially zero. Treatment of the inorganic particles with a latex, however, presupposes that the inorganic particles are pretreated with a cationic agent, such as cationic starch, so that they have a positive zeta potential. The aqueous suspensions are added to the paper stock in the manufacture of filler-containing paper.
Um hochkonzentrierte wäßrige Pigmentanschlämmungen wie Calcium- carbonat-Slurries mit niedriger Viskosität herzustellen, benötigt man ein Dispergiermittel, z.B. niedrigmolekulare Polyacrylsäuren, vgl. EP-A-0 002 771. Die dispergierten Pigmentteilchen haben eine anionische Oberflächenladung. Die wäßrigen Pigmentanschlämmungen werden beispielsweise bei der Herstellung von Papier verwendet. Für diesen Zweck verwendet man außerdem auch wäßrige Dispersionen von präzipitiertem Calciumcarbonat, das üblicherweise in Abwesenheit von Dispergiermitteln verarbeitet wird.In order to produce highly concentrated aqueous pigment slurries such as calcium carbonate slurries with low viscosity, a dispersing agent, e.g. low molecular weight polyacrylic acids, cf. EP-A-0 002 771. The dispersed pigment particles have an anionic surface charge. The aqueous pigment slurries are used, for example, in the manufacture of paper. For this purpose, use is also made of aqueous dispersions of precipitated calcium carbonate, which is usually processed in the absence of dispersants.
Aus der EP-B-0 573 458 ist ein Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Aufschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind, für die Herstellung füllstoffhaltiger Papiere bekannt. Bei diesem Verfahren gibt man zunächst zu einer wäßrigen Aufschlämmung von Füllstoffen einen kationischen Verfestiger für Papier und danach einen nichtionischen und/oder anionischen Verfestiger für Papier oder auch ein nichtionisches oder anionisches Leimungsmittel für Papier.
Die kationischen Einsatzstoffe werden jedoch immer in einer solchen Menge eingesetzt, daß die feinteiligen Füllstoffe eine kationische Ladung tragen.EP-B-0 573 458 discloses a process for the preparation of aqueous slurries of finely divided fillers, which are at least partially coated with polymers, for the production of filler-containing papers. In this process, a cationic strengthener for paper is added to an aqueous slurry of fillers and then a nonionic and / or anionic strengthener for paper or a nonionic or anionic sizing agent for paper. However, the cationic feedstocks are always used in such an amount that the finely divided fillers carry a cationic charge.
Aus der DE-A-198 21 089 ist anderes Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen bekannt, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind. Bei diesem Verfahren behandelt man eine wäßrige Anschlämmung von Füllstoffen in Abwesenheit von kationischen Verfestigern für Papier mit min- destens einem Polymerlei ungsmittel in Form einer wäßrigen Dispersion. Solche Dispersionen enthalten jedoch immer polymere Emulgatoren, z.B. abgebaute Stärken oder synthetische Polymere.DE-A-198 21 089 discloses another process for the preparation of aqueous slurries of finely divided fillers which are at least partially coated with polymers. In this process, an aqueous suspension of fillers is treated in the absence of cationic strengthers for paper with at least one polymeric agent in the form of an aqueous dispersion. However, such dispersions always contain polymeric emulsifiers, e.g. degraded starches or synthetic polymers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere wäßrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen zur Verfügung zu stellen, die bei der Papierherstellung gegenüber den bekannten Anschlämmungen Papiere mit einer verbesserten Reißlänge und Bedruckbarkeit ergeben.The object of the invention is to provide further aqueous suspensions of finely divided fillers which, in papermaking, produce papers with improved tear length and printability compared to the known suspensions.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit wäßrigenThe object is achieved with aqueous
Anschlammungen von feinteiligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind, wobei die Anschlämmungen erhältlich sind durch Behandeln von wäßrigen Anschlämmungen fein- teiliger Füllstoffe mit mindestens einem Bindemittel für Papier- Streichfarben.Slurries of finely divided fillers which are at least partially coated with polymers, the slurries being obtainable by treating aqueous slurries of finely divided fillers with at least one binder for paper coating slips.
Die wäßrigen Anschlämmungen enthalten beispielsweise 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-% mindestens eines feinteiligen Füllstoffs . Die Menge an Bindemittel beträgt beispiels- weise 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf Füllstoffe.The aqueous slurries contain, for example, 1 to 50% by weight, preferably 10 to 40% by weight, of at least one finely divided filler. The amount of binder is, for example, 0.1 to 5% by weight, preferably 0.5 to 3% by weight, based on fillers.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung der wäßrigen Anschlammungen, wobei man zu einer wäßrigen Anschlämmung mindestens eines feinteiligen Füllstoffs 0,1 bis 5 Gew.-% mindestens eines Bindemittels für Papierstreichfarben, bezogen auf Füllstoff, zusetzt oder die wäßrige Anschlämmung mindestens eines feinteiligen Füllstoffs in eine wäßrige Dispersion eines Bindemittels für Papierstreichfarben einträgt und die Be- standteile jeweils mischt. Die Molmasse der in den Bindemitteln für Papierstreichfarben enthaltenen Emulgatoren beträgt <2000.The invention also relates to a process for the preparation of the aqueous slurries, 0.1 to 5% by weight of at least one binder for paper coating slips, based on filler, being added to an aqueous slurry of at least one finely divided filler, or the aqueous slurry of at least one finely divided Filler in an aqueous dispersion of a binder for paper coating colors and mixes the components. The molar mass of the emulsifiers contained in the binders for paper coating colors is <2000.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der oben beschriebenen wäßrigen Anschlämmungen als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, füllstoffhalti-
gern Karton oder füllstoffhaltiger Pappe durch Entwässern des Papierstoffs .Another object of the invention is the use of the aqueous slurries described above as an additive to the pulp in the production of filler-containing paper, filler-containing like cardboard or filler-containing cardboard by dewatering the paper stock.
Als Füllstoffe kommen alle üblicherweise in der Papierindustrie 5 einsetzbaren Pigmente in Betracht, z.B. Calciumcarbonat, das in Form von Kalk, Kreide, Marmor oder präzipitiertem Calciumcarbonat eingesetzt werden kann, Talkum, Kaolin, Bentonit, Satinweiß, Calciumsulfat, Bariumsulfat und Titandioxid. Der Teilchendurchmesser der feinteiligen Füllstoffe liegt beispielsweise zwischen 10 40 und 90% kleiner 2 μm.All pigments commonly used in the paper industry are suitable as fillers, e.g. Calcium carbonate, which can be used in the form of lime, chalk, marble or precipitated calcium carbonate, talc, kaolin, bentonite, satin white, calcium sulfate, barium sulfate and titanium dioxide. The particle diameter of the finely divided fillers is, for example, between 10 40 and 90% less than 2 μm.
Die Füllstoffe werden beispielsweise durch Einbringen in Wasser zu einer wäßrigen Anschlämmung verarbeitet. Präzipitiertes Calciumcarbonat wird üblicherweise in Abwesenheit von Dispergier-The fillers are processed, for example, by introducing them into water to form an aqueous slurry. Precipitated calcium carbonate is usually used in the absence of
15 mittein in Wasser aufgeschlämmt . Um wäßrige Anschlämmungen der übrigen Füllstoffe herzustellen, verwendet man in der Regel ein anionisches Dispergiermittel, z.B. Polyacrylsäuren mit einer Molmasse Mw von beispielsweise 1000 bis 40 000. Falls man ein anionisches Dispergiermittel verwendet, so setzt man davon beispiels-15 slurried in water. To prepare aqueous slurries of the other fillers, an anionic dispersing agent, e.g. Polyacrylic acids with a molecular weight Mw of, for example, 1000 to 40,000. If an anionic dispersant is used,
20 weise 0,01 bis 0,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 0,3 Gew.-% zur Herstellung der wäßrigen Füllstoffanschlämmungen ein. Die in Gegenwart von anionischen Dispergiermitteln in Wasser dispergier- ten feinteiligen Füllstoffe sind anionisch. Die wäßrigen Anschlämmungen enthalten meistens 15 bis 25 Gew.-% mindestens20 to 0.01 to 0.5 wt .-%, preferably 0.2 to 0.3 wt .-% for the preparation of the aqueous filler slurries. The finely divided fillers dispersed in water in the presence of anionic dispersants are anionic. The aqueous slurries usually contain at least 15 to 25% by weight
25 eines Füllstoffs.25 of a filler.
Um die erfindungsgemäßen wäßrigen Anschlammungen von feinteiligen Füllstoffen herzustellen, behandelt man wäßrige Anschl mmungen von gegebenenfalls anionisch dispergierten feinteiligen Füllstof- 0 fen mit mindestens einem Bindemittel für Papierstreichfarben.In order to produce the aqueous slurries of finely divided fillers according to the invention, aqueous slurries of optionally anionically dispersed finely divided fillers are treated with at least one binder for paper coating slips.
Beispielsweise kann man zu einer 1 bis 50 Gew.-% mindestens eines feinteiligen Füllstoffs enthaltenden wäßrigen Anschlämmung 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Füllstoffe, eines Bindemittels für Papierstreichfarben zusetzen oder eine wäßrige Anschlämmung eines 5 feinteiligen Füllstoffs in eine wäßrige Dispersion eines Bindemittels für Papierstreichfarben eintragen und die Komponenten jeweils mischen. Das Behandeln der wäßrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen mit den Bindemitteln für Papierstreichfarben kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt 0 werden. Beim Zusammenbringen von wäßrigen Anschlämmungen feinteiliger Füllstoffe und wäßrigen Dispersionen von Bindemitteln für Papierstreichfarben werden die Füllstoffe zumindest teilweise mit Bindemitteln überzogen bzw. imprägniert. Das Mischen der Komponenten erfolgt beispielsweise in einem Scherfeld. Meistens ist 5 es ausreichend, wenn man die Komponenten nach dem Zusammenbringen rührt oder sie in einem Scherfeld eines Ultraturraxgerätes behandelt. Das Zusammenbringen und Mischen der Bestandteile der
wäßrigen Anschlämmungen kann beispielsweise in dem Temperaturbereich von 0°C bis 95°C, vorzugsweise 10 bis 70°C erfolgen. Meistens mischt man die Komponenten bei der jeweiligen Raumtemperatur bis zu einer Temperatur von 40°C. Der pH-Wert der mit Streich- farbenbindern behandelten wäßrigen Anschlämmungen von Füllstoffen beträgt beispielsweise 5 bis 11, vorzugsweise 6 bis 9, wobei der pH-Wert von Calciumcarbonat enthaltenden Anschlämmungen vorzugsweise mehr als 6,5 beträgt.For example, 0.1 to 5% by weight, based on fillers, of a binder for paper coating slips can be added to an aqueous slurry containing at least 1 to 50% by weight of a finely divided filler, or an aqueous slurry of a 5 finely divided filler in an aqueous dispersion Enter a binder for paper coating colors and mix the components. The treatment of the aqueous slurries of finely divided fillers with the binders for paper coating colors can be carried out continuously or batchwise. When bringing together aqueous suspensions of finely divided fillers and aqueous dispersions of binders for paper coating colors, the fillers are at least partially coated or impregnated with binders. The components are mixed, for example, in a shear field. In most cases it is sufficient to stir the components after they have been brought together or to treat them in a shear field of an Ultraturrax device. Bringing together and mixing the components of the aqueous slurries can take place, for example, in the temperature range from 0 ° C. to 95 ° C., preferably 10 to 70 ° C. The components are usually mixed at room temperature up to a temperature of 40 ° C. The pH of the aqueous slurries of fillers treated with coating color binders is, for example, 5 to 11, preferably 6 to 9, the pH of slurries containing calcium carbonate preferably being more than 6.5.
Die Bindemittel enthalten vorzugsweise sogenannte Hauptmonomere einpolymerisiert, ausgewählt aus Ci bis Cie Alkyl (meth) acrylaten, Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen, Vinylestern von Carbonsäuren mit 1 bis 20 C-Atomen, Vinylhalogeniden, ethylenisch ungesättigte Nitrile, nicht aromatischen Kohlenwasserstoffen mit einer oder zwei konjugierten Doppelbindungen oder Mischungen dieser Monomeren. Genannt seien z.B. (Meth) -acrylsäurealkylestern mit einem Cχ-Cιo-Alkylrest, wie Methylmethacrylat, Methylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Ethylacrylat und 2-Ethylhexyl- acrylat. Insbesondere sind auch Mischungen der (Meth) acrylsäure- alkylester geeignet.The binders preferably contain so-called main monomers copolymerized, selected from Ci to Cie alkyl (meth) acrylates, vinyl aromatics with up to 20 C atoms, vinyl esters of carboxylic acids with 1 to 20 C atoms, vinyl halides, ethylenically unsaturated nitriles, non-aromatic hydrocarbons with a or two conjugated double bonds or mixtures of these monomers. For example, (Meth) -acrylsäurealkylestern with a Cχ-Cιo-alkyl radical, such as methyl methacrylate, methyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, ethyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate. Mixtures of the (meth) acrylic acid alkyl esters are also particularly suitable.
Als Vinylester von Carbonsäuren mit 1 bis 20 C-Atomen kommen z.B. Vinyllaurat, Vinylstearat, Vinylpropionat und Vinylacetat in Betracht .The vinyl esters of carboxylic acids with 1 to 20 carbon atoms are, for example Vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl propionate and vinyl acetate.
Als vinylaromatische Verbindungen mit bis zu 20 C-Atomen kommen Vinyltoluol, α-Butylstyrol, 4-n-Butylstyrol, 4-n-Decylstyrol und vorzugsweise Styrol in Betracht. Beispiele für ethylenisch ungesättigte Nitrile sind Acrylnitril und Methacrylnitril .Suitable vinylaromatic compounds with up to 20 carbon atoms are vinyltoluene, α-butylstyrene, 4-n-butylstyrene, 4-n-decylstyrene and preferably styrene. Examples of ethylenically unsaturated nitriles are acrylonitrile and methacrylonitrile.
Vinylhalogenide sind mit Chlor, Fluor oder Brom substituierte ethylenisch ungesättigte Verbindungen, bevorzugt Vinylchlorid und Viny1idenchlorid.Vinyl halides are ethylenically unsaturated compounds substituted with chlorine, fluorine or bromine, preferably vinyl chloride and vinylidene chloride.
Als nicht aromatische Kohlenwasserstoffe mit einer oder zwei konjugierten olefinischen Doppelbindungen seien Butadien, Isopren und Chloropren sowie Ethylen genannt.Butadiene, isoprene and chloroprene and ethylene may be mentioned as non-aromatic hydrocarbons with one or two conjugated olefinic double bonds.
Neben den Hauptmonomeren können die Bindemittel gegebenenfalls noch weitere Monomere einpolymerisiert enthalten, z.B. Hydroxy- gruppen enthaltende Monomere, wie Hydroxyalkylacrylate oder Monomere mit Alkoxygruppen, wie sie durch Alkoxylierung von Hydroxygruppen enthaltenden Monomeren mit Alkoxyden, insbesondere Ethylenoxid oder Propylenoxid erhältlich sind, Monomere mit Säure- oder Anhydridgruppen oder deren Salze, z.B. (Meth)acryl- säure, Maleinsäure, Vinylsulfonsäure.
Die Bindemittel bestehen vorzugsweise aus einem Polymerisat, das mindestens 20 Gew.-% der Hauptmonomeren, besonders bevorzugt mindestens 35 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt mindestens 50 Gew.-% mindestens eines Hauptmonomeren einpolymerisiert enthält.In addition to the main monomers, the binders can optionally also contain other monomers in copolymerized form, for example monomers containing hydroxyl groups, such as hydroxyalkyl acrylates or monomers with alkoxy groups, as can be obtained by alkoxylating hydroxyl-containing monomers with alkoxides, in particular ethylene oxide or propylene oxide, monomers with acid or Anhydride groups or their salts, for example (meth) acrylic acid, maleic acid, vinyl sulfonic acid. The binders preferably consist of a polymer which contains at least 20% by weight of the main monomers, particularly preferably at least 35% by weight and very particularly preferably at least 50% by weight, of at least one main monomer.
Das Bindemittel kann außerdem mindestens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 3 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 15 Gew.-% Monomere mit mindestens einer Säuregruppe (kurz Säuremono- mere) einpolymerisiert enthalten. Die Säuregruppen des Polymeri- sats können gegebenenfalls vor der späteren Anwendung zumindest teilweise neutralisiert sein. Vorzugsweise werden mindestens 30 mol-%, besonders bevorzugt 50 bis 100% der Säuregruppen neutralisiert. Als Base eignen sich flüchtige Basen wie Ammoniak oder nicht-flüchtige Basen wie Alkalihydroxide, insbesondere Na- tronlauge .The binder can also contain at least 1% by weight, particularly preferably at least 3% by weight, particularly preferably at least 15% by weight, of monomers copolymerized with at least one acid group (acid monomers for short). The acid groups of the polymer can, if appropriate, be at least partially neutralized before later use. Preferably at least 30 mol%, particularly preferably 50 to 100% of the acid groups are neutralized. Suitable bases are volatile bases such as ammonia or non-volatile bases such as alkali metal hydroxides, in particular sodium hydroxide solution.
Bevorzugt eingesetzte Bindemittel sind beispielsweise wäßrige Dispersionen von Copolymerisaten ausPreferred binders are, for example, aqueous dispersions of copolymers
(a) Styrol und/oder Acrylnitril oder Methacrylnitril,(a) styrene and / or acrylonitrile or methacrylonitrile,
(b) Acrylsäureestern und/oder Methacrylsäureestern von Cι~ bis Ciβ-Alkoholen, und gegebenenfalls(b) Acrylic acid esters and / or methacrylic acid esters of C ~ to Ciβ alcohols, and optionally
(c) Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure und/oder Itaconsäure.(c) acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid and / or itaconic acid.
Weitere bevorzugt in Betracht kommende Bindemittel sind Polymere aus (a) Styrol, (b) Butadien und (c) gegebenenfalls Acrylsäure oder Methacrylsäure. Auch Copolymerisate auf Basis von (Meth) Acrylestern oder Vinylacetat und anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren sind als Bindemittel für Papierstreich- färben zur Behandlung von wäßrigen Anschlämmungen von Füllstoffen von Interesse. Die Glastemperatur der Polymeren beträgt z.B. -40 bis +50°C und liegt vorzugsweise unterhalb von 6°C.Further preferred binders are polymers of (a) styrene, (b) butadiene and (c) optionally acrylic acid or methacrylic acid. Copolymers based on (meth) acrylic esters or vinyl acetate and other monoethylenically unsaturated monomers are also of interest as binders for paper coating slips for the treatment of aqueous slurries of fillers. The glass transition temperature of the polymers is e.g. -40 to + 50 ° C and is preferably below 6 ° C.
Die Bindemittel für Papierstreichfarben werden vorzugsweise durch radikalische Polymerisation der obengenannten Monomeren in wäßrigem Medium in Gegenwart von Schutzkolloiden bzw. Emulgatoren hergestellt. Geeignete Schutzkolloide sind beispielsweise Polyvinyl- alkohole oder teilweise hydrolysierte Polyvinylacetate . Vorzugsweise setzt man für die erfindungsgemäße Behandlung von fein- teiligen Füllstoffen solche Bindemittel ein, die mit Hilfe von Schutzkolloiden bzw. Emulgatoren mit einer Molmasse Mw <2000 stabilisiert sind. Besonders bevorzugt sind wäßrige Dispersionen der Bindemittel, die als Emulgator für die Polymeren anionische Emulgatoren wie Natriumlaurylsulfat, Disulfo-Cι -alkyldiphenyloxid oder deren Gemische enthalten. Man kann jedoch auch solche wäßrigen Dispersionen von Polymeren als Bindemittel verwenden, die mit Hilfe von nichtionischen, kationischen oder amphoteren
Emulgatoren stabilisiert sind. Gebräuchliche Emulgatoren sind z.B. ethoxylierte Fettalkohole (Ethoxylierungsgrad: 3 bis 50, Alkylrest: Cβ- bis C36) / ethoxylierte Mono-, Di- und Trialkyl- phenole (Ethoxylierungsgrad: 3 bis 50, Alkylrest: Cβ- bis Cι2), Alkalimetallsalze von Dialkylestern der Sulfobersteinsäure sowie Alkali- und Ammoniumsalze von Alkylsulfaten (Alkylrest: CQ- bis Cι2) , von ethoxylierten Alkanolen (Ethoxylierungsgrad: 4 bis 30, Alkylrest: Cι2- bis Ciβ) , von ethoxylierten Alkylphenolen (Ethoxylierungsgrad: 3 bis 50, Alkylrest: C- bis Cg) , von Alkylsulfon- säuren (Alkylrest: Cι - bis Cia) und von Alkylarylsulfonsäuren (Alkylrest: C9- bis Ciβ) • Die Teilchengröße der in den wäßrigen Dispersionen enthaltenen Polymeren beträgt beispielsweise 50 bis 300nm, vorzugsweise 80 bis 150nm. Die Bindemittel enthalten z.B. 0,1 bis 5, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-%, mindestens eines Emulgators .The binders for paper coating slips are preferably prepared by free-radical polymerization of the above-mentioned monomers in an aqueous medium in the presence of protective colloids or emulsifiers. Suitable protective colloids are, for example, polyvinyl alcohols or partially hydrolyzed polyvinyl acetates. For the treatment of finely divided fillers according to the invention, preference is given to using binders which are stabilized with the aid of protective colloids or emulsifiers with a molecular weight Mw <2000. Aqueous dispersions of the binders which contain anionic emulsifiers such as sodium lauryl sulfate, disulfo-C 1 -alkyldiphenyl oxide or mixtures thereof as emulsifiers for the polymers are particularly preferred. However, it is also possible to use such aqueous dispersions of polymers as binders with the aid of nonionic, cationic or amphoteric Emulsifiers are stabilized. Common emulsifiers are, for example, ethoxylated fatty alcohols (degree of ethoxylation: 3 to 50, alkyl radical: Cβ- to C 36 ) / ethoxylated mono-, di- and trialkylphenols (degree of ethoxylation: 3 to 50, alkyl radical: Cβ- to Cι 2 ), alkali metal salts of Dialkyl esters of sulfosuccinic acid as well as alkali and ammonium salts of alkyl sulfates (alkyl radical: CQ to C 2 ), of ethoxylated alkanols (degree of ethoxylation: 4 to 30, alkyl radical: C 2 to Ci 6), of ethoxylated alkyl phenols (degree of ethoxylation: 3 to 50, alkyl radical : C to Cg), of alkylsulfonic acids (alkyl radical: Cι to Cia) and of alkylarylsulfonic acids (alkyl radical: C 9 to Ciβ) • The particle size of the polymers contained in the aqueous dispersions is, for example, 50 to 300 nm, preferably 80 to 150nm. The binders contain, for example, 0.1 to 5, preferably 0.5 to 3% by weight of at least one emulsifier.
Besonders bevorzugt werden wäßrige Anschlämmungen von präzipitiertem Calciumcarbonat, das frei von Dispergiermitteln ist, und von gemahlenem Calciumcarbonat hergestellt, das durch Mahlen von stückigem Calciumcarbonat oder Marmor in Gegenwart von anionischen polymeren Dispergiermitteln wie Polyacrylsäuren mit Molmassen von 1000 bis 15000 erhältlich ist. Als Bindemittel werden dafür bevorzugt anionisch eingestellte wäßrige Dispersionen von Copolymeren auf Basis von Styrol und Butadien oder Styrol und Acrylestern eingesetzt, die mit Hilfe von Emulgatoren stabilisiert sind, die eine Molmasse Mw <2000 haben.Aqueous slurries of precipitated calcium carbonate, which is free from dispersants, and of ground calcium carbonate, which can be obtained by grinding lumpy calcium carbonate or marble in the presence of anionic polymeric dispersants such as polyacrylic acids with molecular weights of 1000 to 15000, are particularly preferably prepared. Anionic aqueous dispersions of copolymers based on styrene and butadiene or styrene and acrylic esters which are stabilized with the aid of emulsifiers which have a molecular weight M w <2000 are preferably used as binders for this purpose.
Die erfindungsgemäß hergestellten wäßrigen Anschlämmungen von Füllstoffen werden als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, füllstoffhaltigem Karton oder füllstoffhaltiger Pappe durch Entwässern des Papierstoffs verwendet. Sie können längere Zeit gelagert oder auch unmittelbar vor der Papierherstellung in der Papierfabrik zubereitet und direkt verarbeitet werden. Sie werden dem Papierstoff in einer solchen Menge zugesetzt, daß füllstoffhaltige Papiere entstehen, die beispielsweise 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 35 Gew.-% an Füllstoff enthalten. Die wäßrigen Anschlämmungen eigenen sich insbesondere zur Herstellung von Papieren mit Füllstoffgehalten von 30 bis 50 Gew.-%. Die wäßrigen Anschlammungen von Füllstoffen können sowohl dem Dickstoff als auch dem Dünnstoff bei der Papierherstellung zugesetzt werden. Sie können in Gegenwart der in der Papierindustrie gebräuchlichen Additive wie Leimungsmitteln, Fixiermitteln, Entwässerungsmittel, Verfestigern oder Retentions- mitteln eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäß mit einem Bindemittel für Papierstreichfarben behandelten wäßrigen Pigmentanschlämmungen können zur Herstellung sämtlicher füllstoffhaltiger Papierqualitäten eingesetzt werden, z.B. Zeitungsdruck, SC-Papier (supercalandriertes Papier), holz- freie oder holzhaltige Schreib- und Druckpapiere. Zur Herstellung solcher Papiere verwendet man beispielsweise als Hauptrohstoff- komponenten Holzschliff, thermomechanisehen Stoff (TMP) , che o- thermomechanisehern Stoff (CTMP) , Druckschliff (PGW) sowie Sulfit- und Sulfatzellstoff. Um eine hohe Füllstoffretention zu errei- chen, empfiehlt sich die Zugabe von Retentionsmitteln zum Papierstoff. Die Retentionsmittel können beispielsweise zum Dickstoff oder auch zum Dünnstoff zugegeben werden. Als Retentionsmittel verwendet man beispielsweise hochmolekulare Polyacrylamide (die Molmassen der Polymeren liegen oberhalb von 2 Millionen) oder man verwendet sogenannte Micropartikel-Systeme, wobei man zunächst ein polymeres kationisches Retentionsmittel zum Papierstoff gibt, den Papierstoff dann einer Scherung unterwirft und anschließend Bentonit oder feinverteilte Kieselsäure in Mengen bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf trockenen Faserstoff, zusetzt.The aqueous slurries of fillers produced in accordance with the invention are used as additives to the paper stock in the production of filler-containing paper, filler-containing cardboard or filler-containing cardboard by dewatering the paper stock. They can be stored for a longer period of time or can be prepared and processed directly in the paper mill immediately before paper production. They are added to the paper stock in such an amount that filler-containing papers are formed which contain, for example, 5 to 50% by weight, preferably 15 to 35% by weight, of filler. The aqueous slurries are particularly suitable for the production of papers with filler contents of 30 to 50% by weight. The aqueous slurries of fillers can be added to both the thick and the thin material in papermaking. They can be used in the presence of the additives commonly used in the paper industry, such as sizing agents, fixing agents, dewatering agents, strengthening agents or retention aids. The aqueous pigment slurries treated according to the invention with a binder for paper coating slips can be used for the production of all filler-containing paper grades, for example newspaper printing, SC paper (supercalendered paper), wood-free or wood-containing writing and printing papers. For the production of such papers, for example, the main raw material components are wood pulp, thermomechanical material (TMP), che thermomechanical material (CTMP), pressure grinding (PGW) and sulphite and sulphate pulp. In order to achieve high filler retention, the addition of retention aids to the paper stock is recommended. The retention aids can, for example, be added to the thick stock or also to the thin stock. The retention agent used is, for example, high molecular weight polyacrylamides (the molar masses of the polymers are above 2 million) or so-called microparticle systems are used, in which case a polymeric cationic retention agent is first added to the paper stock, the paper stock is then subjected to shear and then bentonite or finely divided silica is added Amounts up to 2% by weight, based on dry fiber, are added.
Bei der Herstellung holzfreier Papiere kann man zum Papierstoff zusätzlich optische Aufheller zugeben. Die Mengen an optischen Aufhellern betragen beispielsweise 0,3 bis 3,0, vorzugsweise 0,6 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf trockenem Papierstoff.In the production of wood-free papers, optical brighteners can also be added to the paper stock. The amounts of optical brighteners are, for example, 0.3 to 3.0, preferably 0.6 to 1.5% by weight, based on dry paper stock.
Aufgrund der Behandlung der wäßrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen mit wäßrigen Dispersionen von Bindemitteln für Papierstreichfarben erhält man wäßrige Füllstoffanschlämmungen, die zu Papieren verarbeitet werden können, bei denen das Stauben im Druck- und Kopierprozeß gegenüber füllstoffhaltigen Papieren reduziert ist, deren Füllstoffe nicht mit einem Bindemittel behandelt wurden.Due to the treatment of the aqueous slurries of finely divided fillers with aqueous dispersions of binders for paper coating colors, aqueous filler slurries are obtained which can be processed into papers in which the dusting in the printing and copying process is reduced compared to filler-containing papers whose fillers have not been treated with a binder were.
Die Prozentangaben in den Beispielen bedeuten Gewichtsprozent, sofern aus dem Zusammenhang nichts anderes hervorgeht.The percentages in the examples mean percent by weight, unless the context indicates otherwise.
Die in den Beispielen 1 bis 5 und im Vergleichsbeispiel 1 hergestellten wäßrigen Anschlammungen von Füllstoffen wurden anschließend jeweils auf ihre Eignung zur Herstellung füllstoffhaltiger Papiere geprüft. Die Teilchengröße der dispergierten Füllstoffe lag in den Beispielen und im Vergleichsbeispiel 1 jeweils für 90% der Teilchen bei <2μm.
Beispiel 1The aqueous slurries of fillers produced in Examples 1 to 5 and in Comparative Example 1 were then tested for their suitability for the production of filler-containing papers. The particle size of the dispersed fillers was <2 μm in the examples and in comparative example 1 for 90% of the particles. example 1
1,8g einer 50%-igen handelsüblichen wäßrigen Dispersion eines mit anionischen Emulgatoren stabilisierten Copolymeren aus Styrol und n-Butylacrylat mit einer Glastemperatur von 5°C (Acronal® S 504) wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Anschließend gab man 150g einer 20%-igen Aufschlämmung von präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC) in Wasser zu. Während der Zugabe der Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.1.8 g of a 50% commercial aqueous dispersion of a copolymer of styrene and n-butyl acrylate stabilized with anionic emulsifiers and having a glass transition temperature of 5 ° C. (Acronal® S 504) were placed in a beaker and then with drinking water to a solids content of 10 % diluted. 150 g of a 20% slurry of precipitated calcium carbonate (PCC) in water were then added. During the addition of the slurry and thereafter the mixture was stirred with the aid of a medicinal stirrer at 1000 revolutions per minute (rpm). The pH of the mixture was then adjusted to 8.5.
Beispiel 2Example 2
0,6g einer 50%-igen handelsüblichen wäßrigen Dispersion eines mit anionischen Emulgatoren stabilisierten Copolymeren auf Basis von Styrol und n-Butylacrylat mit einer Glastemperatur von 5°C (Acronal® S 504) wurden in einem Becherglas vorgelegt und an- schließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Danach wurden dieser Lösung 150g einer 20%-igen Aufschlämmung von PCC in Wasser zugegeben. Während der Zugabe der PCC- Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof- Rührers bei 1000 UpM gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde an- schließend auf 8,5 eingestellt.0.6 g of a 50% commercially available aqueous dispersion of a copolymer based on styrene and n-butyl acrylate stabilized with anionic emulsifiers and having a glass transition temperature of 5 ° C. (Acronal® S 504) were placed in a beaker and then poured into drinking water diluted a solids content of 10%. Then 150g of a 20% slurry of PCC in water was added to this solution. During the addition of the PCC slurry and thereafter, the mixture was stirred at 1000 rpm using a medicinal stirrer. The pH of the mixture was then adjusted to 8.5.
Beispiel 3Example 3
1,8g einer 50%-igen handelsüblichen wäßrigen, einen anionischen Emulgator enthaltenden Styrol-Butadien-Dispersion1.8 g of a 50% commercial aqueous styrene-butadiene dispersion containing an anionic emulsifier
(Styronal® 8736) mit einer Glastemperatur von 5°C wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Danach wurden dieser Lösung 150g einer 20%-igen wäßrigen PCC-Slurry zugegeben. Während der Zugabe und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof- Rührers bei 1000 UpM gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.(Styronal® 8736) with a glass temperature of 5 ° C were placed in a beaker and then diluted with drinking water to a solids content of 10%. Then 150 g of a 20% aqueous PCC slurry were added to this solution. During and after the addition, the mixture was stirred using a medicinal stirrer at 1000 rpm. The pH of the mixture was then adjusted to 8.5.
Beispiel 4Example 4
0,6g einer 50%-igen handelsüblichen, wäßrigen, einen anionischen Emulgator enthaltenden Styrol-Butadien-Dispersion (Styronal® 8736) mit einer Glastemperatur von 5°C wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Dann wurden dieser Lösung 150g einer 20%-igen wäßrigen PCC-Slurry zugegeben. Während der Zugabe der Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-
Rührers bei 1000 UpM gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.0.6 g of a 50% commercially available, aqueous styrene-butadiene dispersion (Styronal® 8736) containing an anionic emulsifier and having a glass transition temperature of 5 ° C. were placed in a beaker and then diluted with drinking water to a solids content of 10%. Then 150 g of a 20% aqueous PCC slurry were added to this solution. During the addition of the slurry and afterwards, the mixture was Stirrer stirred at 1000 rpm. The pH of the mixture was then adjusted to 8.5.
Beispiel 5Example 5
1,8g einer 50%-igen handelsüblichen wäßrigen Styrol-Acrylat-Dis- persion (Acronal® S 504) mit einer Glastemperatur von 5°C wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Danach wurden dieser Lösung 150g einer 20%-igen wäßrigen Anschlämmung von feinteiligem Calciumcarbonat zugegeben, die durch Mahlen von Calciumcarbonat in wässrigem Medium in Gegenwart einer niedrigmolekularen Poly- acrylsäure als Dispergiermittel hergestellt wurde (anionisch dis- pergiertes gemahlenes Calciumcarbonat - GCC -) . Während der Zu- gäbe der GCC-Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 UpM gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.1.8 g of a 50% commercially available aqueous styrene-acrylate dispersion (Acronal® S 504) with a glass transition temperature of 5 ° C. were placed in a beaker and then diluted with drinking water to a solids content of 10%. Then 150 g of a 20% aqueous suspension of finely divided calcium carbonate were added to this solution, which was prepared by grinding calcium carbonate in an aqueous medium in the presence of a low molecular weight polyacrylic acid as dispersant (anionically dispersed ground calcium carbonate - GCC -). During the addition of the GCC slurry and then the mixture was stirred at 1000 rpm using a Heiltof stirrer. The pH of the mixture was then adjusted to 8.5.
Vergleichsbeispiel 1 gemäß der Lehre der DE-A-198 21 089Comparative Example 1 according to the teaching of DE-A-198 21 089
3g einer 33%-igen handelsüblichen, wäßrigen Polymerleimungsdis- persion auf Basis eines Pfropfpolymers von Acrylnitril und n-Butylacrylat auf abgebauter Stärke Basoplast® 250 D mit einer Glastemperatur von 45°C wurden in einem Becherglas vorgelegt und an- schließend mit Trinkwasser auf einen Feststoffgehalt von 10% verdünnt. Dann wurden dieser Lösung 150g einer 20%-igen wäßrigen PCC-Slurry zugegeben. Während der Zugabe der Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 UpM gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 ein- gestellt.3 g of a 33% commercially available, aqueous polymer sizing dispersion based on a graft polymer of acrylonitrile and n-butyl acrylate on degraded starch Basoplast® 250 D with a glass transition temperature of 45 ° C. were placed in a beaker and then with drinking water to a solids content diluted by 10%. Then 150 g of a 20% aqueous PCC slurry were added to this solution. During the addition of the slurry and thereafter, the mixture was stirred at 1000 rpm using a medicinal stirrer. The pH of the mixture was then adjusted to 8.5.
Herstellung von füllstoffhaltigem PapierManufacture of paper containing fillers
Eine Mischung aus TMP (Thermo-mechanical pulp) und Holzschliff wurde im Verhältnis von 70/30 bei einer Feststoffkonzentration von 4% im Laborpulper stippenfrei aufgeschlagen, bis ein Mahlgrad von 60 - 65 erreicht wurde. Der pH-Wert des Stoffs lag dabei im Bereich zwischen 7 und 8. Der gemahlene Stoff wurde anschließend mit Trinkwasser auf eine Feststoffkonzentration von 0,35% ver- dünnt .A mixture of TMP (thermo-mechanical pulp) and wood pulp was whipped in a ratio of 70/30 at a solids concentration of 4% in the laboratory pulper until a grind of 60-65 was reached. The pH of the substance was in the range between 7 and 8. The ground substance was then diluted with drinking water to a solids concentration of 0.35%.
Um das Verhalten der oben beschriebenen wäßrigen Füllstoff-Slur- ries bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier zu ermitteln, legte man jeweils 500ml der PapierstoffSuspension vor und dosierte jeweils in diese Pulpe die gemäß den Beispielen und dem Vergleichsbeispiel behandelten Slurries sowie ein kationisches Retentionsmittel (Polymin KE 2020) . Die Dosiermenge des Retenti-
onsmittels betrug jeweils 0,01% Polymer, bezogen auf Trockengehalt der PapierstoffSuspension. Die Menge an Slurry wurde mit Hilfe mehrerer Vorversuche so eingestellt, daß der Aschegehalt der mit dem Stoff gefertigten Papierblätter 32% betrug.In order to determine the behavior of the aqueous filler slurries described above in the production of filler-containing paper, 500 ml of the paper stock suspension were placed in each case and the slurries treated according to the examples and the comparative example and a cationic retention agent (Polymin KE 2020). The dosage amount of the retenti- Onsmittel was 0.01% polymer, based on the dry content of the pulp suspension. The amount of slurry was adjusted by means of several preliminary tests so that the ash content of the paper sheets made with the fabric was 32%.
Außerdem wurden Blätter unter Verwendung der in Tabelle 1 angegebenen 20%igen wäßrigen Anschlämmungen von präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC-Slurry) und gemahlenem Calciumcarbonat (GCC-Slurry) hergestellt.Sheets were also made using the 20% aqueous slurries of precipitated calcium carbonate (PCC slurry) and ground calcium carbonate (GCC slurry) shown in Table 1.
Die Papierblätter wurden jeweils auf einem Rapid-Köthen-Blatt- bildner nach ISO 5269/2 mit einem Blattgewicht von 80g/m2 gefertigt und anschließend für 7 Minuten bei 90°C getrocknet und danach mit einem Liniendruck von 200 N/cm kalandriert.The paper sheets were each produced on a Rapid-Köthen sheet former according to ISO 5269/2 with a sheet weight of 80g / m2 and then dried for 7 minutes at 90 ° C and then calendered with a line pressure of 200 N / cm.
Prüfung der PapierblätterExamination of the paper sheets
Nach einer Lagerzeit im Klimaraum bei konstant 23°C und 50% Luftfeuchtigkeit für 12 Stunden wurden die Trockenreißlänge der Blät- ter nach DIN 54540 und die Porosität der Blätter nach Bendtsen (ISO 5636-3) geprüft. Die Trockenrupffestigkeit der Papiere wurde mit dem IGT-Bedruckbarkeitsprüfer (ISO 3783) ermittelt.After a storage period in the climatic room at a constant 23 ° C and 50% humidity for 12 hours, the dry tear length of the leaves was tested according to DIN 54540 and the porosity of the leaves according to Bendtsen (ISO 5636-3). The dry pick resistance of the papers was determined with the IGT printability tester (ISO 3783).
Der Tropfenwegschlagtest, der ein Maß für das Wasseraufnahmever- halten ist, wurde an Papierproben einer Größe von 50 x 50 mm durchgeführt. Die Proben wurden voneinander getrennt, mindestens 8 Stunden im Klimaraum aufbewahrt (Normalklima für die Vorbehandlung und Prüfung nach ISO 187) . Die zu prüfende Probe wird auf den Rand eines Becherglases gelegt. Auf die Papieroberfläche wer- den tropfenweise mit Hilfe einer Spritze 5 μl vollständig entsalztes Wasser aufgegeben, wobei die Tropfen nicht auf die Papieroberfläche fallen sollen. Gleichzeitig wird eine Stoppuhr in Gang gesetzt und die Zeit gemessen, die erforderlich ist, bis der Wasserspiegel des Tropfens auf der Papieroberfläche nicht mehr sichtbar ist.
The drop-away impact test, which is a measure of the water absorption behavior, was carried out on paper samples with a size of 50 x 50 mm. The samples were separated from each other and kept in the climatic room for at least 8 hours (normal climate for pretreatment and testing according to ISO 187). The sample to be tested is placed on the edge of a beaker. 5 μl of completely demineralized water is added dropwise to the paper surface with the aid of a syringe, and the drops should not fall onto the paper surface. At the same time, a stopwatch is started and the time is measured until the water level of the drop is no longer visible on the paper surface.
Tabelle 1Table 1
Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, können füllstoffhaltige Papiere sowohl mit anionisch dispergierten GCC-Slurries als auch mit PCC-Slurries, die jeweils mit einem Streichfarbenbinder behandelt worden sind, in Ihren Festigkeitseigenschaften deutlich verbessert werden, ohne daß Porosität und Wasseraufnahmeverhalten der Papiere deutlich beeinflußt werden.
As can be seen from Table 1, filler-containing papers can be significantly improved in their strength properties both with anionically dispersed GCC slurries and with PCC slurries, which have each been treated with a coating color binder, without the porosity and water absorption behavior of the papers being significantly influenced become.