DE2852125A1 - Papier-pigmentstreichfarbe, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents

Papier-pigmentstreichfarbe, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung

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DE2852125A1 DE19782852125 DE2852125A DE2852125A1 DE 2852125 A1 DE2852125 A1 DE 2852125A1 DE 19782852125 DE19782852125 DE 19782852125 DE 2852125 A DE2852125 A DE 2852125A DE 2852125 A1 DE2852125 A1 DE 2852125A1
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Description

DR. A. VAN DER WERTH DR. FRANZ LEDERER REINER F MEYER DIPL.-ING. (1934-1974) DIPL-CHEM. DIPL-ING
8000 MÜNCHEN 80
LUCILE-GRAHN-STRASSE
TELEFON: (089) 472947 7ELEX:524624LEDEHD TELEGR.: LEDERERPATENT
1. Dezember 1978 D-3173
CPC International Inc. International Plaza
Englewood Cliffs, New Jersey 07632 USA
Papier-Pigmentstreichfarbe, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Papier-Pigmentstreichfarbe, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung, insbesondere auf die Verwendung eines gekochten, speziell behandelten Stärkeprodukts für Papierstreichmassen oder Papierüberzüge.
Stärke wird seit langem als Kleber in pigmentierten Streichmassen oder überzügen für Papier verwendet (Starch, Chemistry and Technology; Whistler und Paschall, Bd. II, Kap. 6, S. 134-145). Bei der Verwendung von Stärke als Kleber in Papierstreichmassen finden sich bestimmte erwünschte Eigenschaften, wie die Viskosität der Streichmassenzusammensetzung, die Kompatibilität der Stärke mit anderen Streichmassenbestandteilen, IGT-Rupffestigkeit, Haftfestigkeit usw.
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Papierstreichmasse wird verwendet, um besseres Bedrucken, schärfere Bilder und einen Schutzüberzug für Papier zu erhalten. Tonhaltige Streichmassen finden breite Verwendung. Zusatz von farbigen Pigmenten, Stärke, Latex oder anderen Substanzen verleihen den Streichmassenzusammensetzungen spezielle Eigenschaften. Jedoch muß in Papierstreichmassen verwendeter Ton mit Wasser gemischt werden, um geeignete Viskosität zu erhalten, ferner mit Netzmitteln, Schutzkolloiden und einem Kleber oder Bindemittel, um den Ton an die Papieroberfläche zu binden. Kasein ist ein wirksames Kolloid oder Bindemittel für Ton und führt zu verarbeitungsfähigen Viskositäten. Leider ist Kasein verhältnismäßig teuer.
Modifizierte Stärken wurden zum Ersatz von Kasein eingesetzt. Um vergleichbare Bindereigenschaften und Viskosität zu erzielen, muß gewichtsmäßig mehr Stärke als Kasein in Tonstreichmassen verwendet werden. Die hauptsächliche Stärkemodifizierung lag in einer Senkung des Molekulargewichts durch Verdünnen der Stärke durch Säuren, Enzyme oder Oxydation.
In den letzten Jahren ist die Verwendung von Stärkederivaten in Papierstreichmassen wünschenswerter geworden, und zwar aufgrund der einzigartigen Eigenschaften, die diese Stärkeprodukte auszeichnen. Leider trägt die Verwendung von Stärkederivaten zu den Kosten der Streichmassenzusammensetzung bei. Hydroxyäthylstärke ist eines der am breitesten akzeptierten und verwendeten Stärkederivate für Papierüberzugsfarben. Die Verwendung von Hydroxyäthylstärke in Papierüberzugsfarben führt zu verbesserten Fließeigenschaften, Druckfarbenaufnahmefähigkeit und Druckeigenschaften (Starch, Chemistry and Technology; Whistler und Paschall, Bd. 2, Kap. 17, S. 427 bis 428).
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Die US-PS 3 884 853 bezieht sich auf eine alkalistabile modifizierte Stärke zur Verwendung in Papierstreichmassenbindern als Ersatz für Protein (Kasein und 6-Protein) über einen breiten pH-Bereich. Nach dieser Patentschrift wird ein kationisches Stärkederivat mit quaternären Ammoniumgruppen mit Maleinsäureanhydrid zu einer amphotären Stärke mit insgesamt anionischer Ladung umgesetzt. Leider stehen wieder die Kosten der Derivatherstellung und insbesondere die doppelte Derivatbildung im Falle der US-PS 3 884 853 der praktischen Verwertung entgegen.
In jüngerer Zeit beschreibt die ungeprüfte japanische Patentanmeldung 75 104/76 die Verwendung eines vernetzten Stärkeprodukts als Ersatz für Ton in Styrol/Butadien-Latex-Überzugszusammensetzungen für Papier.
Die US-PS 4 104 213 bezieht sich auf Latexzusammensetzungen, die ein praktisch nicht-doppelbrechendes, in kaltem Wasser quellendes, körniges Stärkeprodukt enthalten, charakterisiert durch einen Gehalt von weniger als 10 % löslichen Stoffen und ein solches Quellvermögen, daß jeweils 5 g, in Wasser 16 Stunden bei 25°C dispergiert, von etwa 20 ml auf etwa 35 ml quellen, sowie auf Verfahren zur Herstellung von Latexzusammensetzungen. Hiernach wird das spezielle Stärkeprodukt direkt in die Latexzusammensetzung ohne weitere Behandlung eingearbeitet.
Die USSN 780 614 bezieht sich auf die Verwendung speziell behandelten, praktisch nicht-doppelbrechenden, in kaltem Wasser quellenden, körnigen Stärkeprodukts, das bei der Naßpartie der Papierherstellung zugesetzt oder gleichförmig auf die nasse Bahn oder Lagen der Cellulosepulpe aufgesprüht wird. Dieses speziell behandelte Stärkeprodukt wird vor seiner Anwendung in Papier keiner weiteren Modifizierung unterworfen.
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Die US-PS 3 067 064 offenbart ein Verfahren zur Herstellung dünnsiedender Stärkematerialien mit gequollenen, nichtaufgebrochenen Zellen, gekennzeichnet durch das Fehlen von Malteserkreuzen bei Beleuchtung mit polarisiertem Licht und Betrachtung unter einem Mikroskop. Die Stärkematerialien sollen als Textilschlichten und Papierleime sowie für Kleister und Kleber brauchbar sein. Es finden sich jedoch keinerlei nähere Angaben, die sich auf die Verwendung des Stärkeprodukts und auf Papierstreichmässenzusammensetzungen beziehen.
In der Papierindustrie stehen zahlreiche Methoden zum überziehen und Streichvorrichtungen zur Verfügung. Beim Aufbringen einer Streichmasse auf Papier kann die Viskosität der Streichmassenzusammensetzung zur Anpassung an die Methode der Aufbringung geändert werden. In jüngerer Zeit ist das Glättschaberstreichen die am häufigsten angewandte Methode. Hierbei läuft das um eine Walze laufende Papier durch die Streichfarbe, und dann glättet ein Glättschaber die Oberfläche. Walzenbeschichtung ist eine weitere Methode zum Überziehen von Papier, wobei eine Reihe von Walzen verwendet werden, um die Streichmasse dem Papier zuzumessen oder sie aufzubringen. Beim Luftmesserstreichen wird ein Überschuß an Streichmasse auf das Papier aufgebracht, der durch Druckluft entfernt wird, um einen glatten überzug zu ergeben.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Papier-Pigmentstreichmasse mit einem verbesserten gekochten Stärkeprodukt, wobei ein praktisch nicht-doppelbrechendes, in kaltem Wasser quellendes, körniges Stärkeprodukt, das sich vor dem Kochen durch einen Gehalt von weniger als 10 % löslicher Stoffe und ein solches Quellungsvermögen, daß jeweils 5 g, in Wasser 16 Stunden bei 250C dispergiert, ein Quellvolumen von etwa 20 bis etwa 35 ml aufweisen, auszeichnet, in Wasser gekocht und das gekochte Stärkeprodukt zu einer Papier-Pigmentstreichmasse in den Tonschlamm eingemischt wird.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine Pigmentzusammensetzung für Papier, die ein verbessertes gekochtes Stärkeprodukt enthält, das gekochtes, praktisch nicht-doppelbrechendes, in kaltem Wasser quellendes, körniges Stärkeprodukt, das sich vor dem Kochen durch einen Gehalt von weniger als 10 % löslichen Stoffen und ein solches Quellvermögen auszeichnet, daß jeweils 5 g, in Wasser etwa 16 Stunden bei 25°C dispergiert, ein Quellvolumen von etwa 20 bis etwa 35 ml aufweist, und Streichton umfaßt. Ferner ist die Erfindung mit Pigmentzusammensetzungen für Papier und einem Verfahren zur Herstellung von Pigmentzusammensetzungen für Papier befaßt, wobei die Zusammensetzungen gekochtes, praktisch nicht-doppelbrechendes, in kaltem Wasser quellendes, körniges Stärkeprodukt, das sich vor dem Kochen durch einen Gehalt von weniger als 10 % an löslichen Stoffen und ein solches Quellvermögen auszeichnet, daß jeweils 5 g, in Wasser etwa 16 Stunden bei 25°C dispergiert, ein Quellvolumen von etwa 20 bis etwa 35 ml aufweist. Latex und Streichton umfassen.
Es wurde nun gefunden, daß eine verbesserte Papierstreichmasse hergestellt werden kann, indem ein nicht in ein Derivat überführtes, speziell behandeltes, praktisch nicht-doppelbrechendes, in kaltem Wasser quellendes, körniges Stärkeprodukt gekocht wird. Erfindungsgemäß muß das speziell behandelte Stärkeprodukt weiter gekocht werden, um die gewünschte Papierstreichmassenzusammensetzung hervorzubringen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Papierstreichfarbe möglich, die einer Hydroxyäthylstärke enthaltenden Papierstreichmasse überlegen ist. So wird eine wirtschaftliche Papierstreichmasse möglich durch Kochen oder Aktivieren eines teilweise gequollenen Stärkeprodukts, das die komplizierteren Verfahren zur Stärkederivatbildung vermeidet.
Im Gegensatz zur US-PS 4 104 213 muß das erfindungsgemäße Stär-
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keprodukt vor dem Einbringen in eine Zusammensetzung aus Stärke, Latex und Ton gekocht werden und soll eine Papierstreichmassenzusammensetzung und nicht einen Ersatz für ein Latexpolymer liefern. Daher wird erfindungsgemäß gekocht, um eine speziell behandelte, nicht-doppelbrechende, in kaltem Wasser quellende, körnige Stärke zur Verwendung in einer Papier-Pigmentstreichmassenzusammensetzung herzustellen.
Ferner führt die Erfindung zu unerwarteten, in das Stärkemolekül eingeführten Eigenschaften, indem zuerst eine speziell behandelte Stärke in einem getrockneten, teilweise gequollenen Zustand hergestellt und sodann die speziell behandelte Stärke zum Einarbeiten in eine Streichmassenzusammensetzung gekocht wird. Es wurde erwartet, daß weiteres Kochen in einer wässrigen Lösung zu einer völlig gelatinierten Stärke führen würde und daß daraus hergestellte Papierstreichmassen teilweise gequollener Stärke unterlegen wären und wenigstens ähnlich einem vorgelatinierten oder vollständig gelatinierten Stärkeprodukt.
Nach dem Kochen jedoch hatte das speziell behandelte Stärkeprodukt Lösliches in einer Menge von weniger als etwa 40 % und erschien als eine gleichförmig dispergierte Zusammensetzung. Ferner verhielt sich das speziell behandelte Stärkeprodukt, wie später beschrieben, ebenso gut oder besser als Hydroxyäthylstärke in ähnlichen PapierStreichmassenzusammensetzungen und erfordert keine Säure-, Enzym- oder Oxydationsbehandlung für eine annehmbare Viskosität oder annehmbaren Feststoffgehalt in Papier-Latexstreichmassen.
Erfindungsgemäß kann die Herstellung der praktisch nichtdoppelbrechenden, in kaltem Wasser quellenden, körnigen Stärke nach Arbeitsweisen erfolgen, wobei Feuchtigkeitsgehalt, Temperatur und Zeit variiert werden, um ein Stärkeprodukt
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herzustellen, das den geeigneten Anteil an löslichen Stoffen, das geeignete Quellvolumen und praktisch keine doppelbrechenden Bestandteile aufweist. Zu solchen Arbeitsweisen kann Extrudieren, Kochen unter Dampfeinführung oder Mikrowellenerhitzung gehören. Vorzugsweise wird eine Arbeitsweise unter Dampfeinführung, wie nachfolgend beschrieben, angewandt.
Der Ausdruck "in kaltem Wasser quellend" wird hier zur Beschreibung von Stärkeprodukten verwendet, die Wasser absorbieren und bei Berührung mit einer wässrigen Flüssigkeit quellen. Das praktisch nicht-doppelbrechende, in kaltem Wasser quellende, körnige Stärkeprodukt gemäß der Erfindung ist in kaltem Wasser quellend geworden durch eine Wärme/Feuchtigkeitsbehandlung unter streng kontrollierten Bedingungen, wobei körnige Stärke mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 30 bis 40 % auf eine Temperatur von wenigstens etwa 760C (1700F) erwärmt und danach auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als etwa 10 % Feuchtigkeit getrocknet wird. Das getrocknete, mit Wärme und Feuchtigkeit behandelte Stärkeprodukt kann verrieben oder vermählen werden, um eine gewünschte Teilchengröße zu erzielen. Zur Verwendung in einer Papierstreichmassenzusammensetzung wird vorzugsweise das unvermahlene, speziell behandelte Stärkeprodukt verwendet.
Das speziell behandelte, teilweise gequollene Stärkeprodukt ist weder körnig noch völlig gelatiniert und zeichnet sich durch weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % an in Wasser bei 25°C löslichen Stoffen aus und ist praktisch nicht-doppelbrechend, d.h., weniger als etwa 10 % der Stärke sind doppelbrechend, was durch die Anwesenheit eines Malteserkreuzes unter polarisiertem Licht bei Betrachtung unter einem Mikroskop in Erscheinung tritt. Das Produkt zeichnet sich, auf eine Größe von weniger als 105 μΐη vermählen, durch ein
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Quellvolumen von wenigstens 20 ml und bis hinauf zu 35 ml unter folgenden Bedingungen aus:
5 g der gemahlenen Stärke werden in 50 ml Wasser gebracht und über Nacht bei Raumtemperatur stehengelassen. Die Stärke, die sich absetzt, nimmt das gewünschte Volumen ein. Zum Vergleich bei diesem Test nimmt körnige Maisstärke ein Volumen von 8,5 ml ein. Zur Bestimmung der löslichen Anteile werden 3 g der gemahlenen Stärke auf Trockengewichtsbasis in 100 cm3 Wasser gebracht und 1 h bei 250C gerührt und 10 min mit 2000 UpM zentrifugiert. Der überstehende oder nicht abgesetzte Anteil sollte weniger als 10 % Lösliches beim ungekochten, speziell behandelten Stärkeprodukt enthalten.
Das erfindungsgemäße speziell behandelte Stärkeprodukt unterscheidet sich von bekannten Stärkeprodukten, die völlig körnig, völlig gelatiniert sind oder direkt ohne Kochen in einem teilweise gequollenen Zustand verwendet werden. Die völlig gelatinierten Produkte des Standes der Technik werden unter Bedingungen getrocknet, die Bruchstücke oder Fragmente verursachen, wenn unter Walzentrocknungsbedingungen getrocknet wird, oder Kügelchen mit eingeschlossener Luft durch Sprühtrocknen. Die praktisch nicht-doppelbrechenden, in kaltem Wasser quellenden körnigen Stärkeprodukte gemäß der Erfindung sind weder völlig gelatiniert noch Fragmente und enthalten teilweise gequollene, nicht-doppelbrechende Stärkekörner und müssen vor ihrer Verwendung in einer Papierstreichmassenzusammensetzung gekocht werden.
Als Vergleichstest wurde ungekochte, wärme/feuchtigkeitsbehandelte Stärke auf eine Teilchengröße unter 75 μΐη vermählen und mit einem Styrol/Butadien-Latex (DOW620) kombiniert und in einer Papierstreichfarbenzusammensetzung mit 100 Teilen Ton, 8 Teilen der ungekochten, speziell behandelten Stärke und 8 Teilen Latex bei 50 % Feststoffgehalt ausgewertet. Die Streichmasse mit ungekochter, speziell behandelter Stärke
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versagte sofort beim IGT-Rupftest, während eine Hydroxyäthylstärke-Latex-Kontrolle bei 53,34 m/min (175 ft./min) rupfte. Die bei der Kontrolle verwendete Hydroxyäthylstärke war Ethylex 2020, A.E. Staley). DOW 620-Latex ist ein carboxyliertes Styrol/Butadien-Polymerisat, das mit 50 % Feststoffgehalt und einem pH von 6,0 erhältlich ist und zum Streichen von Papier und Pappe bestimmt ist. Die Kontrollstreichmasse enthielt 100 Teile Ton, 8 Teile HydroxyäthyIstärke und 8 Teile Styrol/Butadien-Latex (DOW 620).
Um in Papier wirksam zu sein, wird ein speziell behandeltes Stärkeprodukt, wie hier beschrieben, das getrocknet wor den ist, in Wasser mit einem Feststoffgehalt von etwa 7 bis etwa 15 % dispergiert, unter Rühren auf etwa 900C erwärmt und über etwa 900C etwa 15 min unter Rühren gehalten. Dann wird die gekochte, speziell behandelte Stärke mit dem Tonschlamm und dem synthetischen Latex-Binder zu etwa 50 bis etwa 60 % Feststoffgehalt insgesamt vereinigt. Die Kombination aus gekochter, speziell behandelter Stärke und dem synthetischen Latex-Binder weist einen bevorzugten Gehalt von etwa 16 Teilen Binder pro 100 Teilen Ton auf. Vorzugsweise wird ein Tetranatriumpyrophosphat-Dispersionshilfsmittel mit dem Ton verwendet. Vorzugsweise wird genügend Alkali zugesetzt, um die Tonsuspension auf einen pH von etwa 7 bis 7,5 zu bringen, bevor das speziell behandelte Stärkeprodukt zugesetzt wird.
Um das erfinderische Konzept weiter zu veranschaulichen, wurde eine Streichmassenzusammensetzung mit 100 Teilen Ton, 4 Teilen gekochten, speziell behandelten Stärkeprodukts mit einem Quellvolumen von 26 ml und 12 Teilen Styrol/Butadien-Latex (DOW620) hergestellt und mit einer Streichmasse aus 100 Teilen Ton, 4 Teilen Hydroxyäthylstärke (Ethylex 2020, A.E. Staley) und 12" Teilen Styrol/Butadien-Latex (DOW 620)
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verglichen. Bei 55 % Feststoffgehalt betrug die Viskosität der Hydroxyäthylstärke-Kontrolle 124 cP und der IGT-Rupftestwert war 73,8 m/min (242 ft./min). Das gekochte, speziell behandelte Stärkeprodukt mit 55 % Streichfarbenfeststoff gehalt hatte eine Viskosität von 450 cP und einen IGT-Rupftestwert von 104,5 m/min (343 ft/min) (42%ige Zunahme dieses Wertes). Bei 60%igem Streichfarbenfeststoff gehalt hatte die Hydroxyäthy!stärke enthaltende Pigmentstreichmasse eine Viskosität von 130 cP und einen IGT-Rupftestwert von 77,7 m/min (255 ft/min). Bei 60%igem Streichfarbenfeststoffgehalt hatte die speziell behandelte Stärkestreichmasse eine Viskosität von 800 cP und einen IGT-Rupftestwert von 115,5 m/min (379 ft/min) (48%ige Erhöhung dieses Wertes). Die Überlegenheit des gekochten, speziell behandelten Stärkeprodukts im Vergleich zu einer Hydroxyäthy!stärke oder ungekochter, speziell behandelter Stärke erweist sich so mit dem IGT-Rupftest.
Die zur Bestimmung der Oberflächenfestigkeit unter Verwendung eines IGT-Testers angewandte Arbeitsweise für den IGT-Rupftest war die als T499su-64 (1964) beschriebene TAPPI-Methode. Diese Methode wird zur Messung der Rupffestigkeit von Papier in enger Anlehnung an den Druckvorgang unter Verwendung von Druckfarben klebriger Qualität an typischen Packmaterialien unter Anwendung einer mechanischen Einwirkung ähnlich der der Dructerpresse herangezogen. Die Arbeitsweisen messen die Rupffestigkeit gestrichener und ungestrichener Papiere. Dabei wird ein 25 cm-Papierstreifen in einem beschleunigenden Drucker gedruckt. Mit zunehmender Druckgeschwindigkeit nimmt die durch die Druckfarbe auf das Papier ausgeübte Kraft zu, bis Rupfen eintritt. Dies ist der Endpunkt, der als "Rupfen" oder "Rupffestigkeit" bezeichnet wird, was als Eigenschaft der Oberflächenschicht oder -schichten definiert wird, der Trennkraft der Papierbahn von der Druckplatte oder dem Tuch, senkrecht auf die Papierober-
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fläche einwirkend, zu widerstehen, die Oberflächenteile wegzubrechen sucht. Bei den IGT-Rupftests zur Messung der Rupffestigkeit wurde eine Druckfarbe Nr. 5 mit einem Ton Nr. 2 für die Streichmassenzusammensetzung verwendet, die mit einem Mayer-Stab auf die Filzseite des Papiers mit etwa 4,54 kg (10 Ib.) Streichgewicht aufgebracht wird. Das Verhältnis speziell behandelten Stärkebinders zu Pigment kann von etwa 16 Teilen/100 Teile Ton bis etwa 14 Teile/100 Teile Ton variieren und noch befriedigende IGT-Rupfwerte liefern.
Ohne an irgendeine bestimmte Theorie zur Erklärung der erfindungsgemäßen Ergebnisse gebunden sein zu wollen, wird angenommen, daß die ausgezeichneten Filmbildungseigenschaften und die geringe Viskosität des erfindungsgemäßen, speziell behandelten Stärkeprodukts die hervorragende Bindung der Pigmentstreichmasse hervorrufen. Das zuvor beschriebene, speziell behandelte Stärkeprodukt ist ein teilweise gequollenes Stärkeprodukt. Wenn es in Wasser von Raumtemperatur dispergiert ist, scheint es aus Stoffbatzen oder Agglomeraten teilweise gequollener Stärketeilchen zu bestehen. In diesem Zustand hat das speziell behandelte Stärkeprodukt wenig lösliche Stoffe und niedere Viskosität, was ein Bindemittel mit hohem Feststoffgehalt für eine Papierstreichmasse möglich macht. Dennoch ist eine wirksame Streichmasse nicht zu erhalten, es sei denn, das speziell behandelte Stärkeprodukt wird gekocht oder pastenbildenden Bedingungen unterworfen, bevor es mit Ton oder Latex zur Herstellung der Papierstreichmasse kombiniert wird.
Vermutlich löst und setzt das Kochen des speziell behandelten Stärkeprodukts aus den Agglomeraten lösliche Stoffe frei und der Gehalt an löslichen Stoffen des gekochten, speziell behandelten Stärkeprodukts steigt auf einen Wert von etwa 40 %. Das speziell behandelte Stärkeprodukt gleicht nach dem Kochen nicht einer völlig gelatinierten oder vor-
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gelatinierten Stärke, die vollständig löslich ist. Weiter wäre, wenn eine nicht-verdünnte, völlig gelatinierte oder vorgelatinierte ursprüngliche Stärke in einer Papierstreichmasse verwendet wird, ein hoher Gehalt an fester Stärke in der Streichmasse aufgrund der hohen Viskosität des Stärkematerials schwer zu erzielen. Das gekochte, speziell behandelte Stärkeprodukt hat andererseits eine annehmbare Viskosität in Latexpapierstreichmassen aufgrund seiner teilweise gequollenen Natur, in der dispergierte, nicht-agglomerierte Stärketeilchen vorliegen, insbesondere nach dem Kochen. Erfindungsgemäß können die gekochten, speziell behandelten Stärkeprodukte aller Arten von Stärke, z.B. solche aus Mais, Kartoffeln, Reis, Weizen, Tapioka usw., in erfindungsgemäßen Papierstreichmassen verwendet werden. Die folgenden Beispiele veranschaulichen weiter die Erfindung und lassen sie dem Fachmann noch umfassender verstehen. Die Erfindung ist jedoch natürlich nicht nur auf die folgenden Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
Herstellung eines Wärme/Feuchtigkeits-behandelten Produkts 31,75 kg. trockene Maisstärke mit etwa 12 % Feuchtigkeit wurde in einen 85 1-Patterson/Kelly-Ansatzmischer gegeben. Wasser wurde zugepumpt, um die Stärke während dem Rühren auf 38 % Feuchtigkeit zu bringen. Dampf unter 1,05 kg/cm2 wurde während dem Rühren zugegeben, bis eine Temperatur von 85 bis 87,8°C (185 bis 19O0F) erreicht war, und dann wurde der Dampf periodisch für eine Verweilzeit zugesetzt, die ausreichte, um das gewünschte Volumen beim Quellvolumentest zu ergeben. Das Produkt wurde dann entnommen und getrocknet. Das getrocknete Produkt kann zur Charakterisierung vermählen werden; z.B. mit einer wassergekühlten Fitzmill, um ein vermahlenes Produkt von weniger als 105 μπι Größe zu erhalten. Die Verknüpfung von Temperatur, Zeit und Quellvolumen für eine Wärme/Feuchtigkeitsbehandlung ist nachfolgend wiedergegeben:
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Temp.
0C (0F)		 Verweilzeit -A- 285212
rest 85,0(185) 10 (min) Quellvolumen (ml)
1 85,0(185) 10 25,0
2 85,0(185) 15 26,0
3 85,0(185) 21 23,5
4 85,0(185) 22 24,8
5 86,1(187) 15 28,3
6 86,1(187) 15 27,3
7 87,8(190) 10 27,7
8 87,8(190) 15 28,2
9 87,8(190) 15 27,2
10 28,2
Absitzvolumen von 5 g Stärke, vermählen auf eine Teilchengröße von weniger als 105 μπι und in 150 ml Wasser von Raumtemperatur etwa 16 Stunden gehalten.
Beispiel 2
Ein praktisch nicht-doppelbrechendes, in kaltem Wasser quellendes, körniges Stärkeprodukt, hergestellt nach Beispiel 1 und mit einem Quellvolumen von 26 ml, wurde in Wasser dispergiert und 15 min über 900C unter Rühren bei 600 UpM gekocht, um einen Kochstärke-Feststoffgehalt von 6, 12 und 15 Gew.-% an Feststoffen zu erzielen.
Die gekochte, speziell behandelte Stärke wurde zur Herstellung von Streichfarben mit 50 % Feststoffen unter Verwendung von 16 Teilen Binder/100 Teilen Ton verwendet. Der Binder war eine Kombination der speziell behandelten Stärke und von Styrol/Butadien-Latex (DOW620). Eine Hydroxyäthylstärke (Ethylex 2020, A. E. Staley) zur Kontrolle wurde gekocht und mit dem Styrol/Butadien-Latex als Binder mit 50% Feststoffen und 16 Teilen Binder/100 Teilen Ton in einer Streichfarbzusammensetzung verwendet.
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Alle Massen wurden auf einen 50 lb-Papierstoff gestrichen, kalandert, konditioniert und auf IGT-Rupffestigkeit getestet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I angegeben:
Teile Tabelle I 12 ml Teile Ton) IGT-Rupfwert
(50 kg-2,5M/s,
Druckfarbe
Nr.5, m/min
(ft/min)
12 Viskosität
der Streich-=
masse (cP)		 80,8 (265)
pigmentierte Streichfarben mit 50 % Feststoffen 8 152 40,8 (134)
(16 Binder/100 8 70 71,0 (233)
Stärkeprodukt P igment-B inder
Teile Teile
Stärke Latexc 		4 1164 46,6 (153)
SpezialStärke a 4 4 123 84,7 (278)
HE-Starkeb 4 4690 61,6 (202)
Spezialstärke a 8 170
HE-Stärkeb 8
Spezialstärke a 12
HE-Stärkeb 12
aQue11volumen = 26
DHydroxyäthylstärke (Ethylex 2020, A.E. Staley) cStyrol/Butadien-Latex (DOW 620)
dBrookfield-Viskosität, cP bei 100 UpM
Diese Ergebnisse zeigen, daß die gekochte, speziell behandelte, nicht-doppelbrechende, in kaltem Wasser quellende, körnige Stärke Streichmassen liefert, die einer handelsüblich verwendeten Hydroxyäthylstärke überlegen ist, wie nach dem IGT-Rupftest bestimmt.
Beispiel 3
Ein praktisch nicht-doppelbrechendes, in kaltem Wasser quellendes, körniges Stärkeprodukt, hergestellt wie in Beispiel 1 und mit einem Quellvolumen von 26 ml wurde in Wasser dispergiert und 15 min bei 900C unter Rühren mit 600 UpM
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■ J(I-
gekocht, um zu einem Gehalt an gekochten Stärkefeststoffen von 9 Gew.-% zu führen.
Das gekochte, speziell behandelte Stärkeprodukt wurde zur Herstellung von Streichfarben mit 55 % Feststoffen unter Verwendung von 16 Teilen Binder/100 Teilen Ton verwendet. Der Binder war eine Kombination von 4 Teilen speziell behandelter Stärke und 12 Teilen Styrol/Butadien-Latex (DOW620). Eine Kontroll-Hydroxyäthylstärke (Ethylex 2020 A. E. Staley) wurde gekocht und mit dem Styrol/Butadien-Latex als Binder bei 55 % Feststoffen und 16 Teilen Binder/ 100 Teilen Ton in einer Streichmasse verwendet.
Die Streichmassen wurden auf einen 50 lb-Streichpapierstoff aufgebracht, kalandert, konditioniert und auf IGT-Rupffestigkeit getestet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II wiedergegeben:
Tabelle II
pigmentierte Streichfarben mit 55 % Feststoffen (16 Teile Binder/100 Teile Ton)
Stärkeprodukt Pigment-Binder Viskosität IGT-Rupfwert
Teile Teile der Streich- (50 kg-2,5M/s, Stärke Latex0 masse (cP) Druckfarbe
Nr.5, m/min (ft/min)
Spezialstärke* 4 12 450 104,5 (343) HE-Stärkeb 4 12 124 69,5 (228)
a - : vgl. Tabelle I
Diese Ergebnisse zeigen, daß das gekochte, speziell behandelte, nicht-doppelbrechende, in kaltem Wasser quellende, körnige Stärkeprodukt bei 55 % Streichmassenfeststoffen eine 50%ige Erhöhung des IGT-Rupftestwertes liefert, im Vergleich zu einer handelsüblichen Hydroxyäthylstärke.
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-yi-
285212S
Beispiel 4
Beispiel 3 wurde für eine Streichmasse mit 60 % Feststoffen unter Verwendung einer gekochten, praktisch nichtdoppelbrechenden, in kaltem Wasser quellenden, körnigen Stärkeprodukts, hergestellt wie in Beispiel 1, bei einem Feststoffgehalt gekochter Stärke von 15 Gew.-% wiederholt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III wiedergegeben:
Tabelle III
pigmentierte Streichfarben mit 60 % Feststoffen (16 Teile Binder/100 Teile Toni
Stärkeprodukt
Pigment-Binder Teile Teile Stärke Latexc
Viskosität
der Streich^
masse (cP)
IGT-Rupfwert (50 kg-2,5M/s, Druckfarbe Nr.5, m/min (ft/min)
Spe ζ ialstärke* HE-Stärkeb
4 4
12 12
800
130
115,5
77,7
(379) (255)
a-d: vgl. Tabelle I
Diese Ergebnisse zeigen, daß das gekochte, speziell behandelte, nicht-doppelbrechende, in kaltem Wasser quellende, körnige Stärkeprodukt in einer Streichmasse mit 60 % Feststoffen eine 49%ige Zunahme des IGT-Rupftestwertes liefert und weiterhin einer handelsüblichen Hydroxyäthylstärke überlegen ist.
Beispiel 5
Zum Vergleich wurde ein ungekochtes, speziell behandeltes Stärkeprodukt auf eine Teilchengröße unter 75 um unter Verwendung einer wassergekühlten Fitzmill vermählen. 8 Teile der vermahlenen, ungekochten, speziell behandelten Stärke wurden zu 100 Teilen Tön zusammen mit 8 Teilen Styrol/ Butadien-Latex (DOW 620) zur Herstellung einer Streichmasse
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- yf-
mit insgesamt 50 % Feststoffen gegeben.
Streichmassen aus gekochtem, speziell behandeltem Stärkeprodukt und Hydroxyäthylstärke wurden wie in Beispiel 2 mit 8 Teilen Stärke/8 Teilen Styrol/Butadien-Latex/100 Teilen Ton bei 50 % Feststoffgehalt insgesamt hergestellt.
Alle Massen wurden auf einen 50 lb-Streichpapierstoff aufgebracht, kalandert, konditioniert und auf IGT-Rupffestigkeit getestet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV wiedergegeben:
Tabelle IV
pigmentierte Streichfarben mit 50 % Feststoffen (16 Teile Binder/100 Teile Ton)
Stärkeprodukt Pigment-Binder Viskosität IGT-Rupfwert
Teile Teile der Streich-= (50 kg-2,5M/s,
Stärke Latex masse (cP)
gekochte Spezialstärke'
ungekochte Spezialstärke0 HE-Stärkeb
8 8
vgl. Tabelle I
8 β
Druckfarbe
Nr. 5, m/min (ft/min)
1164 71,0 (233)
148 versagt völlig 121 54,3 (178)
Diese Ergebnisse zeigen, daß Kochen notwendig ist, um eine Streichmasse speziell behandelten, nicht-doppelbrechenden, in kaltem Wasser quellenden, körnigen Stärkeprodukts zu erhalten, das Hydroxyäthylstärke überlegen ist.
Beispiel 6
Vier Streichfarben wurden mit 50 % Feststoffen bei 16 Teilen Binder/100 Teilen Ton hergestellt. 8 Teile gekochter,
5/0690
"-.-.: '28^2125
- ye -
. 24-
speziell behandelter Stärke wurden mit 8 Teilen Styrol/ Butadien-Latex (DOW 620) und 8 Teilen gekochter Hydroxyäthylstärke verwendet. Auch Kontrollen mit Hydroxyäthylstärke, Latex und deren Kombinationen gehörten dazu. Massen wurden auf einen 50 lb-Streichpapierstoff aufgebracht, kalandert, konditioniert und auf IGT-Rupffestigkeit getestet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle V wiedergegeben:
Tabelle V
pigmentierte Streichfarben mit 50 % Feststoffen (16 Teile Binder/100 Teile Ton)
Pigment-Binder (Teile)
Spezialstärkea HE-Stärkeb Latexc Viskosität IGT-Rupfwert
der Streich- (50 kg-2,5M/s, masse (cP)ä Druckfarbe Nr.5, m/min (ft/min)
- 8 16
8 8 8
1164 71,0 (233)
393 62,8 (206)
121 54,3 (178)
1164 43,0 (141)
a-d: vgl. Tabelle I
Diese Ergebnisse zeigen, daß das gekochte, speziell behandelte, nicht-doppelbrechende, in kaltem Wasser quellende, körnige Stärkeprodukt Streichmassen liefert, die einer handelsüblichen Hydroxyäthylstärke und einer Kombination der speziell behandelten Stärke mit Hydroxyäthylstärke überlegen sind, wie nach dem IGT-Rupftest bestimmt.
Wenngleich die vorstehenden Beispiele die bevorzugten Latex-Streichmassen mit gekochter, speziell behandelter, nicht-doppelbrechender, in kaltem Wasser quellender, körni-
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ger Stärke zeigen, versteht es sich, daß andere Arten von Latex-Streichmassen verwendet werden, sofern die gekochte, speziell behandelte Stärke verwendet wird.
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Claims (15)

Patentansprüche
1. Pigmentstreichmasse für Papier, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem verbesserten, gekochten Stärkeprodukt, enthaltend
a) gekochtes, praktisch nicht-doppelbrechendes, in kaltem Wasser quellendes, körniges Stärkeprodukt, das sich vor dem Kochen durch weniger als 10% lösliche Stoffe und ein solches Quellvermögen auszeichnet, daß jeweils 5g, in Wasser dispergiert und etwa 16 Stunden bei 25°C gehalten, ein Quellvolumen von etwa 20 bis etwa 35 ml aufweisen, und
b) Streichmassenton.
2. Masse nach Anspruch 1, deren gekochtes Stärkeprodukt sich durch einen Gehalt an löslichen Stoffen von etwa 20 bis etwa 40 Gew.-% auszeichnet.
3. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Latex enthält.
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4. Masse nach Anspruch 3, deren Latex ein Styrol/Butadien-Latex ist.
5. Masse nach Anspruch 3, in der die Kombination von Latex und gekochtem Stärkeprodukt in der Streichmasse in einer Menge von etwa 14 bis etwa 16 Teilen/100 Teile Ton vorliegt.
6. Masse nach Anspruch 3, deren Feststoffgehalt etwa 50 bis etwa 60 Gew.-% beträgt.
7. Masse nach Anspruch 3, deren Viskosität etwa 100 bis etwa 5000 cP beträgt.
8. Verfahren zur Herstellung einer Pigmentstreichmasse nach einem der Ansprüche 1-7, gekennzeichnet durch
a) Kochen einespraktisch nicht-doppelbrechenden/ in kaltem Wasser quellenden körnigen Stärkeprodukts in Wasser, das sich vor dem Kochen durch weniger als 10% lösliche Stoffe und ein solches Quellvermögen, daß jeweils 5 g, in Wasser dispergiert und etwa 16 Stunden bei 25°C gehalten, ein Quellvolumen von etwa 20 bis etwa 35 ml aufweist, auszeichnet und
b) Einmischen des gekochten Stärkeprodukts in den Tonschlamm zu einer Pigmentstreichmasse für Papier.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein gekochtes Stärkeprodukt mit einem Gehalt an löslichen Stoffen von etwa 20 bis etwa 40 Gew.-% verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stärkeprodukt in Wasser bei einem Feststoffgehalt von etwa 7 bis etwa 15 Gew.-% gekocht wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein vorgebildeter Latex zugesetzt wird.
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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Styrol-Butadien-Latex zugesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Gehalt der Kombination von Latex und gekochtem Stärkeprodukt von etwa 14 bis etwa 16 Teilen/100 Teile
Ton in der Streichmasse gearbeitet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es zu einem Feststoffgehalt der Streichmasse von etwa
50 bis etwa 60 Gew.-% durchgeführt wird.
15. Verwendung einer Masse gemäß Anspruch 3 zur Herstellung eines konditionierten Papieres mit einer Rupffestigkeit von wenigstens etwa 61 m/min (200 Fuß/min).
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