DE2449616C3 - Verfahren zur Herstellung von gestrichenen Papieren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von gestrichenen Papieren

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DE2449616C3 DE19742449616 DE2449616A DE2449616C3 DE 2449616 C3 DE2449616 C3 DE 2449616C3 DE 19742449616 DE19742449616 DE 19742449616 DE 2449616 A DE2449616 A DE 2449616A DE 2449616 C3 DE2449616 C3 DE 2449616C3
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/36—Coatings with pigments
    • D21H19/38—Coatings with pigments characterised by the pigments
    • D21H19/40—Coatings with pigments characterised by the pigments siliceous, e.g. clays

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

Description

SiO2 =71% = 13%
Al2O3 = 8% = 25-35 nm
Na2O = 7% = 110m2/g
Glühverlust (incl. H2O)
Primärteilchengröße
BET-Oberfläche
SiO2 = 80% = 13%
CaO = 4% = 85 nm
Na2O = 2% = 35 m2/g
Glühverlust (incl. H2O)
Primärteilchengröße
BET-Oberfläche
SiO2 = 87%
Glühverlust (incl. H2O)
Primärteilchengröße
BET-Oberfläche
= 11%
= 18 nm
= 21 Om2/g
verwendet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig gestrichene LWC-Papiere für den Tiefdruck hergestellt werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Silikate bzw. Kieselsäuren unter Vermeidung hoher Scherbeanspruchung unter mäßigem Rühren der Streichmasse zugesetzt wird.
25
verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Silikat ein Calciumsilikat mit folgenden Parametern:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenen Papieren im Flächengewichtsbereich von 45 bis 100 g/m2 mit verbesserten Bedruckbarkeitseigentchaften durch beiderseitiges Auftragen einer aus einem silikat- bzw. kieselsäurehaltigen Streichpigment, Bindemittel, Wasser und chemischen Zusatzstoffen bestehenden Streichmasse auf ein aus Zellstoff und gegebenenfalls Holzschliff und Füllstoffe gebildetes Grundpapier und anschließendes Satinieren.
Als Druckträger für Zeitschriften, Umschlagseiten der meisten Illustrierten u. a. mehr werden beidseitig gestrichene Papiere verwendet, insbesondere sogenannte LWC-Papiere (= light weight coated). Diest sind gestrichene Papiere im Flächengewichtsbereich 45—100 g/m2, die in erster Linie für Tiefdruck, daneben auch für Offsetdruck Anwendung finden. Sie bestehen aus einem üblicherweise Holzschliff enthaltendem Grundpapier, das beidseitig mit ca. 10 g/m2 gestrichen wird. Es handelt sich um Massenpapiere, als um Papiersorten, die in großen Mengen erzeugt werden.
Für das nachstehende erfindungsgemäße Verfahren interessieren in erster Linie LWC-Papiere für den Tiefdruck. Diese Papiere müssen eine besonders glatte Oberfläche aufweisen, um ei.ien guten Ausdruck aller Rasterpunkte der Druckform zu erreichen. An die Oberflächenfestigkeit werden hingegen nur geringe Anforderungen gestellt. Die für diese Papiero angewandten Streichfarben enthalten dementsprechend als Streichpigment China Clay bzw. Koalin und vermeiden Zusätze von Pigmenten, die Glätte und Glanz negativ beeinflussen könnten, wie z. B. Calciumcarbonat. Der Bindemittelanteil kann, der geringen Festigkeitsforderung entsprechend, niedrig bleiben. Als Bindemittel werden meist Stärke, Latex (Butadien-Styrol oder Styrol-Acrylsäureester) verwendet. Neuerdings bevorzugt man auch selbstverdickende Latices, die den Zusatz eines natürlichen Bindemittels (Stärke, Carboxymethylcellulose = CMC, Casein) überflüssig machen. Als weitere übliche Zusätze sind Ca-Stearate und eventuell Farbstoffe zu nennen.
Eine typische Rezeptur für eine LWC-Streichmasse zur Anwendung für Tiefdruckpapier hat folgende Zusammensetzung:
Kaolin
Dispergiermittel
Selbstverdickender Latex
Ca-Stearat
verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Kieselsäure mit folgenden Parametern:
55
fiO
100 Teile Feststoff
0,3 Teile Feststoff
5-7Teile Feststoff
0,8 Teile Feststoff
Das Streichen erfolgt meist mit Blade-Coatern bei Geschwindigkeiten von 400-800 m/min. Der Feststoffgehalt der Streichmassen wird dann auf 50 — 50% eingestellt.
Wie schon oben gesagt, wird für den Tiefdruck ein sehr glattes Papier gefordert. Wenn auch die heute angebotenen Papiere einen hohen Qualitätsstand aufweisen, so findet man doch besonders in den Halbtonwerten der Druckerzeugnisse Fehler, die durch unvollständige oder fehlende Farbübertragung am einzelnen Näpfchen der Druckform entstehen. Diese fehlenden Rasterpunkte, allgemein »missing dots« genannt, bewirken einen unruhigen Bildeindruck. Flächen, die gleichmäßig aussehen sollen, wirken dabei grobkörnig. Um den Anteil an »missing dots<v so weit als möglich zurückzudrängen, werden Tiefdruckpapiere scharf satiniert, also einer intensiven mechanischen Behandlung am Glätt-Kalander unterworfen. Trotzdem gelingt es, mit den bisher üblichen Mitteln nicht, den
Fehler im gewünschten Maß und mit der entsprechenden Sicherheit auszuschalten. Dazu kommt, daß bei zu starker Satinage Saugfähigkeit und Opazität leiden.
Aus der US-PS 12 30 095 ist bekannt. Quarz- oder Sandmehl als Streichpigment für Papiere zu verwenden, wobei jedoch eine besonders gute Mattierungswirkung beabsichtigt ist
Aus der US-PS 37 84 392 ist ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen Aluminiumsilikates durch hydrothermalen Aufschluß von Kaolin bekannt Dieser Aufschluß dient der Erhöhung des Weißgrades. Die Bedruckbarkeit des Papiers wird nur verbessert, wenn das amorphe Aluminiumsilikat allein verwendet wird. Wird es jedoch zusammen mit Kaolin eingesetzt, kann keine Verbesserung der Bedruckbarkeit festgestellt werden.
Aus der DE-OS 20 36 892 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Glätte gestrichener Papiere, besonders für den Tiefdruck bekannt, wobei als Spezialfüllstoff ein sauer behandelter Montmorillonit verwendet wird. Der Füllstoff kann ein mineralisch geschichtetes Kieselsäuregerüst bzw. eine Kieselgelstruktur enthalten. Auf der Seite 3, Absatz 3 bis Seite 4, Absatz 1 der DE-OS 20 36 892 wird ausgeführt: »Würde man zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von gestrichenen Papieren Füllstoffe in Form von gefüllten Silikaten verwenden, d. h. besonders feinteilige Materialien, dann wäre es zwar möglich, die Oberflächeneigenschaften etwas zu verbessern, aber diese Verbesserung würde im Verhältnis zur theoretischen Vergrößerung der spezifischen Oberfläche der in Streichmassen eingebrachten Füllstoffmineralien gering sein. Um für eine ausreichende Bindemitteladsorption brauchbare Porendurchmesser von beispielsweise über 60 Ä zu erreichen, müßte man relativ grobkörnige Füllstoffe verwenden, die normalerweise eine Verschlechterung der Glätte, des Glanzes und der Bedruckbarkeit zur Folge haben.
Mit der vorliegenden Erfindung wird dieses Vorurteil überwunden.
Die Erfindung ging von der Aufgabenstellung aus, ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenen Papieren im Flächengewichtsbereich von 45 bis 100 g/m2 mit verbesserten Bedruckbarkeitseigenschaften durch beidseitiges Auftragen einer aus einem silikat- bzw. kieselsäurehaltigen Streichpigment, Bindemittel, Wasser und chemischen Zusatzstoffen bestehenden Streichmasse auf ein aus Zellstoff und gegebenenfalls Holzschliff und Füllstoff gebildetes Grundpapier und anschließendes Satinieren anzugeben, mittels welchem das Auftreten von »missing dots« optimal vermieden wird, ohne daß für die Satinage extreme Bindungen notwendig sind.
Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß in die Streichmasse 3 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Streichpigment, eines synthetisch gewonnenen amorphen Produktes, bestehend aus einem Silikat des Aluminiums und/oder Calciums und/oder aus Kieselsäure mit einer mittleren Primärteilchengröße < 150 nm, vorzugsweise im Bereich von 10 — 80 nm, einer mittleren Sekundärteilchengröße <10μπι, vorzugsweise 2 bis 4 μπι, und einer spezifischen Oberfläche, gemessen nach der BET-Methode, <300 m2/g, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 150 m2/g, eindispergiert werden.
Das zusätzliche Streichpigment wird bei der Fällung von wäßrigen Wasserglaslösungen mit sauren Al- und/oder Ca-Salzen oder mit Säure allein erhalten. Es handelt sich also um amorphe Na-Aluminiumsilikate oder Ca-Silikate oder um Kieselsäuren. Wesentlich für den Erfolg ihrer Anwendung ist nicht allein ihre chemische Zusammensetzung sondern insbesondere ihre Struktur. Alle angeführten Fäilungssysteme liefern Produkte, die sich aus primären Fällungsteilchen von < 150 nm Durchmesser zusammensetzen, wobei jedoch diese Primärteilchen in wolkiger Anordnung zu Sekundärstrukturen von 2-4 μπι mittlerem Durchmesser verbunden sind. Diese voluminösen Sekundärstrukturen sind für den Anwendungszweck entscheidend. Maßnahmen, die diese Strukturen zerstören, wie intensive Scherbeanspruchung, sind auch für den gewünschten Effekt schädlich.
Als besonders geeignet haben sich erwiesen ein Natrium-Aluminiumsilikat mit folgenden Parametern:
SiO2 =71% = 13%
Al2O3 = 8% = 25-35 nm
Na2O = 70/0 = UOnWg
Glühverlust (JnCLH2O)
Primärteilchengröße
BET-Oberfläche
Weiterhin ein Calciumsilikat mit folgenden Parametern:
SiO2 = 80%
CaO = 4%
Na?O = 2%
Glühverlust (incl. H2O) = 13%
Primärteilchengröße = 85 nm
BET-Oberfläche = 35 m2/g
sowie eine Kieselsäure mit folgenden Parametern:
SiO2 = 87%
Glühverlust (incl. H2O) = 11%
Primärteilchengröße = 18 nm
4c BET-Oberfläche =210m2/g
Die Verbesserung der Bedruckbarkeit ist als Folge eines erhöhten elastischen Volumens der Strichschicht zu sehen. Während im bisher üblichen Strich die Kaolin-Blättchen flach aufeinander und nebeneinander gepreßt die Oberfläche bilden, wird das System durch den Einbau elastischer Silikatfüllstoff-Sekundärstrukturen gelockert und kompress:M. Die Oberfläche erhält so, bereits bei geringem Anpreudruck Kontakt mit dem Raster der Tiefdruckform. Die Farbübertragung wird gleichzeitig durch eine erhöhte Saugfähigkeit des Striches gefördert.
Die für die Erzielung eines guten Effektes notwendigen Mengen an synthetischem Fällungsprodukt liegen zwischen 3 und 30% des gesamten Streichpigmentes. Im praktischen Betrieb wird man 5—15% anwenden. Zu hohe Einsatzmengen (über 30%) erhöhen die Saugfähigkeit des Striches stärker als gewünscht und sind deshalb schädlich. Der Anwendungsmenge sind außerdem aus wirtschaftlichen Gründen Grenzen gesetzt. Zu erwähnen ist auch, daß der Bindemittelbedarf der Fällungsprodukte bedeutend höher liegt, als der von Kaolin und daß die Streichfarbenviskosität höher wird. Auch diese Faktoren begrenzen die Anwendungsmenge
Ck auf die obengenannten 5—15%.
Die Anwendung der synthetischen Fällungsprodukte aus Wasserglaslösungen in Papierstreichmassen ist bereits bekannt. Sie kam jedoch bisher ausschließlich für
Papiere in Frage, bei denen kein Glanz gewünscht ist oder bei denen Glanz kein Qualitätsmoment bildet. Bekannt ist ferner die Anwendung als Titandioxid-Extender, als Mittel zur Erhöhung von WeiQgehalt und zur Erzeugung einer hohen ölaufnahmefähigkeit.
Als Besonderheit zeigt sich, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Fällungsprodukte, allein angewandt, gestrichenen Papieren eine matte Oberfläche verleihen. Diese Eigenschaft bleibt erhalten, wenn man die für Offsetstriche üblichen Bindemittelmengen anwendet ι ο und wenn Calciumcarbonai als Streichpigment dient. Aus diesem Grunde wurde vorgeschlagen, Pigmente dieser Klasse bei der Herstellung matter gestrichener Offsetpapiere einzusetzen, wobei eine verbesserte Bedruckbarkeit zu sehen war.
In Tiefdruckpapieren des LWC-Typs wird neben einer guten Bedruckbarkeit jedoch auch ein hoher Glanz gefordert Entgegen allen Erwartungen hat sich nun gezeigt, daß auch die Anwendung der erfindungsgemäßen Zusätze in einer LWC-Rezeptur keine Glanzminderung verursacht. Es wird sogar eine leichte Glanzverbesserung erreicht Damit wird das erfindungsgemäße Verfahren überhaupt erst ermöglicht
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels näher erläutert:
Beispie'
a. Ein harzhaltiges Streichrohpapier für LWC wurde auf einer Voith-Blade-Streichanlage bei einer Geschwindigkeit von 700 m/min gestrichen. In der Streichmasse waren 10% des Gesamtpigmenls ein amorphes Na-Aluminiums<likat.
Das Na-Aluminiumsilikat setzt sich aus 71% SiO2,8% AI2O3, 0,2% CaO, 7% Na2O, 6% H2O und 13% Glühverlust (incl. Wasser) zusammen. Der Primärteilchendurchmesser lag zwischen 25 und 35 nm, die Sekundärstrukturen hatten ihr Häufigkeitsmaximum bei 2 — 4 μπι. Das Produkt lag als getrocknetes, gemahlenes Pulver vor. Bei der Dispergierung in der Streichmasse wurde auf scharfe Scherbeanspruchung verzichtet.
Das gestrichene Papier wurde auf einem Kalander in 11 Durchgängen bei einem Liniendruck von 200 kp/crti satiniert.
Zur Beurteilung der Bedruckbarkeit wurde eine Rolle dieses Papiers auf einer Testacolor-Tiefdruckmaschine bedruckt. Gemessen wurden weiter Glanz, Glätte und Weißgehalt.
b. Das gleiche Streichrohpapier wurde mit einer Streichmasse gestrichen, deren Pigmentanteil zu 100% aus China Clay bestand. Die Farbe entspricht dem gegenwärtigen Stand der Technik. Satinage und Beurteilung erfolgen analog zum Beispiel a.
Kaolin Beispiel
a		 90 OS") b 100 0,3 OS")
Na-Al-Silikat SS*) 10 SS") — 6,5
1 Dispergiermittel 0.3 0,8
2 selbstverdickender Latex 7 54,6
3 Ca-Stearat 0.8 1200
4 Feststoffgehalt, % 52,7
5 Viskosität, cP (Brookfield 100 Kpm) 1460
6 Auftragsgewicht (Strich), g/m2
7 Eigenschaften des Papiers: 10 10
8 Glätte (Kontaktanteil bei 25 Kp) 12 12
9 Glanz bei 60°/60° (Einstrahlungswinkel: 43 30
9.1 Reflexionswinkel 34 0,88 28 0,82
9.2 Weißgehalt (Elrepho R 46) 0,90 0,83
Opazität DIN 53 146 78,3 77,4
9.3 Bedruckung 78,4 0,966 77,4 0,966
9,4 0.968 nur vereinzelte »missing 0,963 Zahlreiche »missing
9.5 dots« dots«
Das Papier des Beispiels (a) hat eine deutlich höhere Glätte als (b) und gibt bei der Bedruckung ein Bild, das durch das Fehlen von »missing dots« wesentlich gleichmäßiger wirkt.
■ Siebseite.
■ Oberseite.
Beispiel 2
Ein holzhaltiges Streichrohpapier für LWC wurde auf einer Labor-Streichmaschine mit Blade-Einrichtung (Dixon Coater) bei einer Geschwindigkeit von 25 m/min gestrichen. In der Streichmasse bestand der Pigmentanteilaus:
a) 100% Kaolin (Standardqualität für Papier-Streicherei)
b) 90% Kaolin, 10% Na-Aluminiumsilikat
g 90% Kaolin, 10% Ca-Silikat
d) 90% Kaolin, 10% amorphe Kieselsäure
Die Pigmente entsprechend b), c) und d) waren wie folgt spezifiziert:
Na-Aluminium- Ca-Silikat Silikat
Amorphe Kieselsäure
80
SiO2, %
AI2O3, %
CaO, %
Na2O, % v
H2O2, %
Glühverlust (incl. Wasser, °/o)
Primärteilchendurchmesser nm, %
Sekundärstrukturen μπι, %
Struktur
BET-Oberfläche, m2/g
Die Produkte b-c lagen als getrocknete, gemahlene Pulver vor. Bei der Dispergierung der Streichmasse wurde auf scharfe Scherbeanspruchung verzichtet.
0,2 4 —
7 2 —
6 5 5
13 13 11
25-35 85 18
2-4 2-4 2-5
röntgcn- röntgen- röntgen
amorph amorph amorph
110 35 210
Das gestrichene Papier wurde auf einem Kalander in Durchgängen bei einem Liniendruck von 200kp/cm satiniert. Zur Beurteilung der Bednickbarkeit wurden je Rolle dieser Papiere auf einer Testacolor-Tiefdruckmaschine bedruckt Gemessen wurden weiter Glanz, Glätte und Weißgehalt. - Die Ergebnisse zeigt die nachstehende Tabelle. Das
Beispiel 2a entspricht mit einem Pigmentanteil vor 100% Kaolin dem Stand der Technik. Die schon im Beispiel la beschriebenen Verbesserungen durch das Na-Aluminiumsilikat-Pigment wurde reproduziert Die Wirkungsgrade des amorphen Ca-Silikats (2c) und dei amorphen Fällungskieselsäure (2d) liegen in dei gleichen Größenordnung.
Versuche 3/a-d Kaolin a b C d
1 Na-Al-Silikat 100 90 90 90
2 Ca-Silikat 10
3 Kieselsäure 10
4 Dispergiermittel 10
5 selbstverdickender Latex 0,35 035 035 035
6 Ca-Stearat 5,6 73 7,5 7,5
7 Feststoffgehalt 0,5 0,5 0,5 05
8 Viskosität, cP 42,0 41,6 41,0 41,2
9 Auftragsgewicht g/m2 238 338 315 320
10 Eigenschaften des Papiers: 7,4 7,5 73 7,7
11 Glätte (Kontaktanteil bei 25 kp)
11.1 Glanz (bei 60°/60°) 24 34 33 34
IU Weißgehalt (Elrepho R 46) 0,49 0,60 0,57 0,62
113 Opazität DIN 53 146 77,4 78,1 773 77,6
11.4 Bedruckung »missing dots« 0,945 0,951 0350 O347
115 viele kaum kaum kaum

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von gestrichenen Papieren im Flächengewichtsbereich von 45 bis 100 g/m2 mit verbesserten Bedruckbarkeitseigenschaften durch beidseitiges Auftragen einer aus einem silikat- bzw. kieselsäurehaltigen Streichpigment, Bindemittel, Wasser und chemischen Zusatzstoffen bestehenden Streichmasse auf ein aus Zellstoff und gegebenenfalls Holzschliff und Füllstoff gebildetes Grundpapier und anschließendes Satinieren, dadurch gekennzeichnet, daß in die Streichmasse 3 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5—15 Gew.-%, bezogen auf das Streichpigment, eines synthetisch gewonnenen amorphen Produktes, bestehend aus einem Silikat des Aluminiums und/oder Calciums und/oder aus Kieselsäure mit einer mittleren Primärteilchengröße < 150 nm, verzugsweise im Bereich von 10—80 nm, einer mittleren Sekundärteilchengröße < 10 μΐη, vorzugsweise 2 bis 4 μηι, und einer spezifischen Oberfläche, gemessen nach der BET-Methode, <3OOm2/g, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 150 m2/g, eindispergiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Silikat ein Natrium-Aluminiumsilikat mit folgenden Parametern:
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