DE2911679A1 - Verfahren zum herstellen von gestrichenem papier und karton und streichmasse zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zum herstellen von gestrichenem papier und karton und streichmasse zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Anmelder: Feldmühle Aktiengesellschaft
Fritz-Vomfelde-Platz 4, 400C Düsseldorf 11
Anlage zur Eingabe vom 19.3.1979-
Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier und
Karton und Streichmasse zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier und Karton, bei dem eine wässrige
Streichmasse mit Teilchen mindestens einer wässrigen Kunststoffdispersion und anorganischer Pigmente auf Streichrohpapier
oder -karton aufgetragen und getrocknet wird.
Den hohen. Qualitätsanforderungen der Druckpapiere stehen die ständigen Forderungen entgegen, eine Kostensenkung herbeizuführen.
Von besonderer Dringlichkeit ist die Lösung dieses Problems bei den sogenannten LWC- {light weight coated) Papieren
die für Versandhauskataloge, illustrierte Magazine u.a. verwendet werden. Nachdem die Möglichkeiten über den Einsatz kostengünstigerer
Rohstoffe ohne gleichzeitige Qualitätseinbußen noch eine Kostensenkung herbeizuführen, weitestgehend erschöpft
sind, werden LWC-Papiere heute mit extrem niedrigen Flächengewichten
hergestellt. Die Streichrohpapiere liegen dabei zwischen 36 und 40 g/m2, der Strichauftrag beträgt 8-12 g/m2
und Seite. Diese Gewichte bilden eine technologische Grenze, die man trotz größter Bemühungen nicht mehr unterschreiten
kann. Vielmehr führt bereits das Arbeiten in diesem Grenzbereich zu enormen Schwierigkeiten während des Streichprozesses.
Infolge des geringen Flächengewichtes kommt es vielfach zum "Durchschlagen" der Streichmasse. Die Streichmasse durchdringt
dabei das Subtrat und baut sich auf der Coater-Walze auf.
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Dabei entstehen zunächst Strichfehler und bei stärkerem Absetzen Abrisse der Papierbahn. Die Streichanlage muß
abgestellt und gesäubert werden. Die Stillstandzeiten und der anfallende Ausschuß führen zu erhöhten Fertigungskosten.
Das Durchschlagen der Streichmassen hat aber auch noch einen weiteren Nachteil. Der in das Papier eindringende Anteil der
Streichmasse kann nicht mehr zur Qualitätsverbesserung der Papieroberfläche beitragen. Es ist daher generell erwünscht,
daß nur ein gewisser Anteil der Streichmasse in das Substrat eindringt und dort die Verankerung der Oberflächenbeschichtung
bewirkt. Der größere Anteil soll dagegen auf der Oberfläche verbleiben und die Bedruckbarkeit verbessern. Zu tief eindringende
Streichmassen verursachen daher auch bei solchen Papieren und Kartonsorten Qualitätsverluste, bei denen das Durchschlagen
der Streichmasse auf Grund ihres höheren Flächengewichtes nicht zu den oben beschriebenen Betriebsstörungen führt.
Es hat in der Vergangenheit nicht an Bemühungen gefehlt, das zu tiefe Eindringen der Streichmassen und insbesondere das
Durchschlagen.der Streichmassen bei LWC-Papieren zu unterbinden.
Die bekannten Vorschläge, durch Erhöhung des Feststoffgehaltes oder der Viskosität das Durchschlagverhalten der Streichmassen
zu beeinflussen, haben aber nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt. Die Erhöhung des Feststoffgehaltes wird bei einer
Streichmasse durch den Wasserbedarf limitiert, der zur. Dispergierung der verwendeten Pigmente erforderlich ist. In der Regel
sind Streichmassen mit einem Feststoffgehalt von mehr als 60 % nicht herstellbar oder zumindest unter praxisnahen Bedingungen
nicht verarbeitbar. Ein Durchschlagen der Streichmasse wird jedoch lediglich bei solchen Streichmassen in geringem Umfang
vermieden, die einen noch höheren Feststoffgehalt aufweisen. Als zusätzliche Schwierigkeit kommt bei LWC-Papieren noch hinzu,
daß sich Strichauftragsgewichte im interessierenden Bereich
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unter 12 g/m2 mit Streichmassen, die einen Feststoffgehalt
von über 60 % aufweisen, kaum erzielen lassen. Lediglich in ihrer Viskosität erhöhte Streichmassen zeigen ebenfalls
kein geringeres Durchschlagverhalten. Es wurde auch schon der Zusatz von Elektrolyten und kationischen Substanzen zur
Streichmasse vorgeschlagen. Zumeist wird die Streichmassenrheologie
dadurch aber so ungünstig beeinflußt, daß auch diese Vorschläge keinen Eingang in die Praxis gefunden, haben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese bekannten Schwierigkeiten zu beseitigen und ein Verfahren zum Herstellen
von gestrichenem Papier und Karton zu schaffen, bei dem die Streichmasse nur in geringem Umfang in die Substrate eindringt.
Insbesondere soll bei LWC-Papieren das Durchschlagen der Streichmasse verhindert und ein problemloser und störungsfreier Streichprozeß
gewährleistet werden.
Eine weitere wichtige Aufgabe besteht in der Herstellung von LWC-Papieren mit verringertem Flächengewicht, wobei aus einer
geringeren Menge wertvoller Rohstoffe und unter Energieeinsparung eine flächenmäßig gleichbleibende Papiermenge mit unverändertem
Qualitätsniveau hergestellt werden soll.
Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine Streichmasse zu schaffen, die unter Verwendung üblicher Streichfarbenkomponenten,
insbesondere üblicher Kunststoffdispersionen und Pigmente, hergestellt
werden kann und die sich mit den üblichen Einrichtungen herstellen und verarbeiten läßt, dabei jedoch in wesentlich
geringerem Umfang in die Substrate eindringt und bei deren Anwendung zum Streichen von LWC-Papieren das Durchschlagen
weitestgehend vermieden wird.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier oder Karton, das dadurch
gekennzeichnet ist,-daß ' . ... -
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auf ein Streichrohpapier bzw. einen Streichrohkarton mit einem pH-Wert
< 6,5
eine Streichmasse aufgetragen wird, deren pH-Wert >
6,5 ist,
bei der die Teilchen der Kunststoffdispersion eine nicht
kationaktive Ladung tragen und
die eine Substanze enthält, die während der Herstellung und Lagerung der Streichmasse deren Stabilität nicht beeinträchtigt
, im pH-Bereich unterhalb 6,5 jedoch stark kationaktiv wird, und daß bei Kontakt mit dem sauer eingestellten Papier
bzw. Karton die Streichmasse an der Grenfläche zum Streichrohpapier bzw. Streichrohkarton erstarrt.
Für die erfolgreiche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es von entscheidender Bedeutung, daß alle Verfahrensbedingungen eingehalten werden. Die Verwendung eines Streichrohpapiers
bzw. -kartons mit einem pH-Wert unterhalb 6,5 und die Einstellung der Streichmasse auf einen pH-Wert oberhalb 6,5
ermöglichen dabei zunächst ein Arbeiten im pH-Bereich der üblichen Streichmassen. Erst beim Kontakt der Streichmasse mit
dem Substrat wird die der Streichmasse zugegebene Substanz stärker kationaktiv. Die Auswahl und Einsatzmöglichkeiten der
stärker kationaktiv werdenden Substanzen und der Kunststoffdispersion
sind dabei sorgfältig aufeinander abzustimmen. Die Einsatzmöglichkeiten der verwendbaren Kunststoffdispersionen
sind dabei nicht an das Vorliegen eines bestimmten Polymerisats gebunden. Es können vielmehr alle Kunststoffdispersionen verwendet
werden, die auch bisher zur Herstellung von Streichmassen Verwendung fanden, wie z.B. Butadienstyrol-Copolymerisate,
Acrylsäureester-Mischpolymerisate mit z.B. Polyvinylacetat o.a., sofern sie die erhobene Forderung nach einem nicht
kationaktiven Ladungszustand ihrer Kunststoffteilchen
erfüllen.
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Unter dem Ausdruck Kunststoffteilchen mit einer nicht kationaktiven
Ladung sollen gemäß der vorliegenden Anmeldung solche Kunststoffdispersionen verstanden werden, die über ein anionaktives
Emulgatorsystem verfügen oder nichtionisch stabilisiert
sind. Viele Kunststoffdispersionen, deren Emulgatorsystem
sowohl aus anionischen als auch aus nichtionischen Substanzen besteht, fallen ebenfalls unter den genannten Begriff.
Es werden aber auch solche Dispersionen von der gewählten Formulierung umfaßt, bei denen der ionogene Ladungszustand
durch bestimmte Gruppen des Polymerisats selbst bestimmt wird.
Nicht geeignet für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind die Kunststoffdispersionen, deren Teilchen eine kationaktive
Ladung tragen und auch die nicht, die bei Zugabe zu einer Streichmasse unter dem Einfluß einer schwach kationaktiven Substanz
in ihrer Stabilität so beeinträchtigt werden, daß eine problemlose Herstellung, Lagerung und Weiterverarbeitung der
Streichmasse nicht mehr möglich ist. Um von einer empfindlichen Störung des Stabilisierungsgrades zu sprechen, bedarf es nicht
einer Koagulation der Streichmasse, vielmehr macht sich eine Beeinflussung des Stabilisierungsgrades oftmals schon durch eine
über dem üblichen Maß liegende Steigerung der Viskosität bemerkbar.
Es sind auch die Kunststoffdispersionen nicht geeignet, die
über einen derart hohen Stabilisierungsgrad verfügen, daß sie bei Zugabe einer schwach kationaktiven Substanz zu einer Streichmasse
unter dem Einfluß einer sauren Papieroberfläche in ihrem Stabilisierungsgrad nicht oder nur so gering beeinflußt werden,
daß ein Erstarren der Streichmasse an den Berührungspunkten zwischen Strich und Papier nicht erfolgt.
Die Substanzen, der der Streichmasse zugegeben werden und erst im pH-Bereich unterhalb 6,5 stark kationaktiy werden, besitzen
im allgemeinen auch bei höheren pH-Werten einen schwach kationaktiven Charakter, sie werden deshalb nachfolgend als schwach
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kationische Substanzen bezeichnet. Die von ihnen ausgehende kationische Wirkung ist jedoch so gering, daß sie ohne
nennenswerten Einfluß auf die Stabilität der Streichmassen bleibt. Ihre charakteristische Wirkung tritt erst bei einem
sauren pH-Wert ein. Bei Kontakt mit einem sauer hergestellten Papier verstärkt sich ihre kationaktive Wirkung und bewirkt
eine Erstarrung der Streichmasse an den Stellen, an denen Kontakt zwischen Streichmasse und saurem Papier besteht.
Durch das Erstarren der Streichmasse an dem genannten Grenzflächenbereich
wird ein weiteres Eindringen der Streichmasse in das Innere des Streichrohpapiers verhindert und bei LWC-Papieren
das Durchschlagen unterbunden. Die Papierstreichmasse kann aber auch ihre vorgesehene Aufgabe, die in der Verbesserung
der Oberfläche besteht, weitaus besser erfüllen, als eine solche Streichmasse, die in einem erheblichem Umfang in das Papier
eingedrungen ist.
Wenn auch noch nicht restlos geklärt ist, wie es im Einzelfall zum Erstarren der Streichmasse im Grenzflächenbereich kommt,
kann die Wirkungsweise jedoch voraussichtlich wie folgt erklärt werden:
Die der Streichmasse zugegebenen Substanzen beeinträchtigen die Stabilität der auf einen pH-Wert
> 6,5 eingestellten Streichmasse zunächst nicht. Herstellung und Verarbeitung der Streichmassen
sind daher keinen Bschränkungen unterworfen und können in der üblichen Art und Weise erfolgen. Wird die Streichmasse
jedoch auf die Oberfläche eines Streichrohpapiers oder Streichrohkartons
aufgetragen, dessen Oberfläche einen sauren pH-Wert aufweist, so werden die Substanzen stark kationisch und beeinträchtigen
den Stabilisierungsgrad des verwendeten Kunststoffbindemittels. Der verringerte Stabilisierungsgrad der Kunststoffdispersion
kann sowohl in einer vollkommenen Koagulation im Grenzflächenbereich des Substrates und der Streichmasse begründet
sein, wobei, in der Regel eine Wasserabspaltung zu beob-
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achten ist, es kann sich aber auch um die Überführung der
Kunststoffdispersxon in einen nicht reversiblen, gelartigen
Zustand handeln. In jedem Fall wird es infolge der verringerten Stabilität der Kunststoffdispersion im Grenflächenbereich zu
einem Erstarren der Streichmasse kommen. In diesem Grenz.flächenbereich
wirkt die erstarrte Streichmasse quasi als Sperrschicht und verhindert ein weiteres Eindringen des Streichmassenanteils,
der mit der Oberfläche des Substrates nicht in Kontakt gekommen ist, infolgedessen über einen unveränderten pH-Wert verfügt und
dessen Stabilität nicht beeinträchtigt ist.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich die
Verwendung eines Streichrohpapiers oder -kartons mit einem pH-Wert zwischen 4,5 und 6,0 als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Streichrohpapapiere und -kartons werden vielfach in diesem pH-Bereich hergestellt und können daher ohne zusätzliche
Maßnahmen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.
Von besonderem Vorteil ist es dabei aber auch, daß durch die Verwendung solcher Substrate eine sehr schnelle und vollkommene
Destabilisierung im Grenzflächenbereich erfolgt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden solche Streichrohpapiere oder -kartons verwendet, bei denen die Einstellung des pH-Wertes durch Zusatz
einer Schwefelsäureverbindung des Aluminiums zum Faserstoffbrei
auf einen Wert von 4,5 bis 6,0 erfolgte. Es haben sich sowohl Aluminiumsulfat als auch Kalium-Aluminiumsulfat als geeignet
erwiesen. Wenn eine noch niedrigere pH-Wert-Einstellung erwünscht ist, wird diese zweckmäßigerweise zusätzlich durch
Schwefelsäure vorgenommen.
Wässrige Papierstreichmassen werden zumeist im alkalischen Bereich hergestellt und verarbeitet. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens hat sich die Einstellung der Streichmasse auf einen pH-Wert, der zwischen 7,5 und 11 liegt, als
zweckmäßig erwiesen. Bei Streichmassen in diesem pH-Wertbereich
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ist sowohl eine ausreichende Stabilität während der Herstellung und Verarbeitung als auch ein sicheres Erstarren der Streichmasse
im Grenzflächenbereich gewährleistet, wenn die Streichmasse auf das Substrat aufgetragen wird.
Wenn für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch solche Kunststoffdispersionen geeignet sind, deren Teilchen
einen nichtionischen Ladun^zustand aufweisen, so haben sich
doch solche Kunststoffdispersionen als besonders zweckmäßig erwiesen, bei denen die Teilchen anionaktiv geladen sind. Bei
diesen Dispersionen ist eine Destabilisierung durch die im sauren pH-Bereich stärker kationaktiv werdende Substanz besonders
gut erreichbar.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden dabei solche Kunststoffdispersionen verwendet,
bei denen der anionaktive Ladungszustand der Teilchen durch anionische Gruppen des Kunststoffmoleküls bewirkt wird.
Als ganz besonders vorteilhaft haben sich jedoch solche Kunststoff
dispersionen erwiesen, bei denen der anionaktive Ladungszustand der Teilchen auf ein anionaktives Emulgatoren- oder
Stabilisatorensystem zurückgeht.
Zur wirksamen Durchführung des Verfahrens kommt es darauf an,daß
die der Streichmasse zugegebene Substanz durch die Berührung mit der sauren Oberfläche des Substratseine Verstärkung ihres kationaktiven
Ladungszustandes erfährt. Besonders geeignet sind in
dieser Hinsicht solche Substanzen, die in der Streichmasse nur schwach kationaktiv sind. Solche Substanzen lassen sich durch
eine Verschiebung in ihrem pH-Wert besonders gut in ihrem Ladungszustand verändern.
Die der Streichmasse zuzugebenden kationaktiven Substanzen müssen
lediglich die Eigesjnchaft haben, bei einem pH-Wert < 6,5 stark
kationisch zu werden. Als bevorzugt geeignet haben sich in Wasser
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lösbare Aminoverbindungen erwiesen, die zwei oder mehr Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste am Stickstoffatom tragen und zur Gruppe
der tertiären und quaternären Aminoverbindungen gehören. Dabei sind bevorzugt geeignet die quaternären Aminoverbindungen.
Die Destabilisierung der Streichmasse im Grenzflächenbereich zum Substrat hängt ab von der Art der in einem pH-Bereich unterhalb
6,5 stark kationaktiv werdenden Substanz, von der Stabilität des verwendeten Bindemittels und von der Menge, in der diese
Substanz der Streichmasse zugegeben wird. Vorteilhaft erfolgt die Zugabe nur in einer solchen Menge, daß sie die Stabilität
der Streichmasse nicht beeinträchtigt.
Als besonders zweckmäßig hat sich eine Zugabemenge von 2 bis 20 Gew.% bezogen auf die Trockenteile der Kunststoffdispersion
in der Streichmasse erwiesen.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße
Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß eine Streichmasse mit einem Feststoffgehalt von 30 - 35 Gew.% mit einer Luftbürstenstreicheinrichtung
einseitig auf ein Streichrohpapier oder -karton in einer solchen Menge aufgetragen wird, daß das Gewicht des getrockneten
Striches 10-12 g/m2 beträgt. Es zeigt sich dabei, daß die Streichmasse weniger tief in das Substrat eindringt und
eine größere Menge des Striches auf der Oberfläche verbleibt und zur Verbesserung der Qualität beiträgt.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
von LWC-Papieren geeignet. Durch seine Anwendung wird das gefürchtete
Durchschlagen der Streichmasse vermieden und ein störungsfreier Streichprozeß ermöglicht. Durch den Wegfall kostspieliger
Maschinenstillstandzeiten und die wesentlich bessere Ausnutzung der mit hohem Investitionsaufwand belasteten Maschinen
und Aggregate entsteht also schon ein beträchtlicher wirtschaftlicher Vorteil, wenn das Verfahren unter Beibehaltung der
bisherigen Flächengewichte des Streichrohpapieres bzw. des
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Strichgewichtes angewendet wird. Unter konsequenter Ausnutzung der Vorteile, die durch das"geringere Eindringen der Streichmassen
entstehen, bietet die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens weitere bedeutende Vorteile.
An erster Stelle steht hierbei eine Reduzierung des Flächengewichtes
des Streichrohpapieres auf ein Flächengewicht bis zu 32 g/m2. Bisher lag die untere Flächengewichtsgrenze bei LWC-Rohpapieren
bei 36 g/m2. Ein Unterschreiten dieser Grenze führte zum verstärkt auftretenden Durchschlagen der Streichmassen.
Die Verwendung eines leichteren Streichrohpapieres ist deswegen von besonderem wirtschaftlichen Interesse, weil das Papier im
Vergleich zur Streichmasse die teuere Rohstoffkomponente ist.
Durch die vorliegende Erfindung besteht die Möglichkeit, das Verhältnis von Streichrohpapier und Strichauftragsgewicht über
die bisher bestehenden Grenzen hinaus zu verschieben und die Produkte den jeweiligen Anforderungen besser anzupassen. Ein
weiterer Vorteil entsteht dadurch, daß durch die Reduzierung des Strichgewichtes zusätzliche Rohstoffkosten eingespart werden
können. Während bisher ein Strichgewicht von 8 g/m2 als untere Grenze galt, sind nunmehr Strichgewichte von 6 bis 7 g/m2 und
Seite erzielbar. Zur Erzielung dieser niedrigen Strichauftragsgewichte wird in einfacher Weise der Feststoffgehalt der Streichmasse
abgesenkt. Die Senkung des Feststoffgehaltes steht dabei im direkten Gegensatz zu den bisher bekanntgewordenen Vorschlägen,
ein Durchschlagen der E'.treichmassen durch höhere. Einstellung
des Feststoffgehaltes zu verhindern. Die bereits erwähnte untere
Grenze von 8 g/m2 im Strichgewicht je Seite war darin begründet, daß bei den hohen Feststoffgehalten und so geringem
Strichgewicht ein gleichmäßiger Auftrag nicht mehr zu erzielen war. Eine weitere Absenkung des Strichgewichtes wäre nur durch
Streichmassen mit noch weiter verringertem Feststoffgehalt möglich,
die dann jedoch zum Durchschlagen der Streichmassen führen würden. Durch die .Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahren und
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das dadurch bedingte Erstarren der Streichmasse an der Grenzfläche
zum Streichrohpapier ist jedoch die Möglichkeit gegeben, das Strichgewicht und den Feststoffgehalt der Streichmasse
weiter abzusenken.
In einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform zum
Herstellen von leichtgewichtigem gestrichenem Papier wird eine Streichmasse mit einem Feststoffgehalt von 45 - 62 Gew.% verwendet.
Diese Streichmasse wird auf ein holzfreies Streichrohpapier mit einem Flächengewicht von 32 - 38 g/m2 , bevorzugt von
34 - 36 g/m2 , mit einer Rakelstreicheinrichtung beidseitig aufgetragen, wobei das Gewicht des trockenen Striches 6 bis
7 g/m2 und Seite beträgt.
Die in der Praxis der Papierstreicherei beliebte Maßnahme, bei
der Herstellung einer Streichmasse nicht nur eine Kunststoffdispersion
, sondern mehrere, gegebenenfalls auch Bindemittel auf Stärke- oder Eiweißbasis einzusetzen, muß bei der Herstellung
der erfindungsgemäßen Streichmasse nicht aufgegeben werden. Es ist zur Erreichung des ErfindungsZieles nicht in jedem Fall
notwendig, daß alle verwendeten Bindemittel koagulieren bzw. in einen gelartigen Zustand übergeführt werden. Vielmehr genügt
es meistens, wenn eine der verwendeten Kunststoffdispersionen
- in der Regel ist das diejenige, deren Anteil in der Streichmasse am größten ist - in ihrer Stabilität so beeinträchtigt
wird, daß eine weitestgehende Erstarrung der"Streichmasse be-,
wirkt wird. Auch eine teilweise Erstarrung im Grenzflächenbereich erfüllt bereits die Aufgabe, ein weiteres Durchschlagen bzw.
Eindringen der Streichmasse in das Streichrohpapier zu verhindern.
Als besonders geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens hat sich eine Streichmasse erwiesen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie auf einen pH-Wert von 8,1 bis 10,1
eingestellt ist und bei einem Feststoffgehalt von 48-62 Gew.% die folgende Zusammensetzung aufweist:
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7%·/ti. (Jr
3-12 Gew.Teile einer anionaktiven Kunststoffdispersion,
gerechnet als Trockengewichtsteile
70 - 95 Gew.Teile anorganischer Pigmente 0,1 -5 Gew.Teile einer wasserlöslichen schwach kationaktiven
Substanz, gerechnet als Trockenteile und
bis 3 Gew.Teile sonstige Hilfsstoffe, wie Dispergiermittel,
Entschäumer und Verdickungsmittel,
wobei sich alle Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile ergänzen.
Zwischen pH-Wert, Feststoffgehalt und Menge bzw. Art der
schwach kationaktiven Substanz besteht dabei ein Zusammenhang. Werden in einer Streichmasse alle übrigen Komponenten in ihrer
Art und Menge unverändert gelassen, kann bei gleichzeitiger Absenkung des pH-Wertes der Anteil der schwach kationaktiven
Substanz verringert werden. Eine Reduzierung kann ebenfalls erfolgen, wenn der Feststoffgehalt der Streichmasse erhöht wird.
Im Einzelfall sind alle Streichmassekomponenten aufeinander abzustimmen. Für Streichmassen von 55 - 62 % Feststoffgehalt
haben sich pH-Werte von 9-10 als besonders gut geeignet herausgestellt. Sie verfügen dabei über ein Fließverhalten, das
sich nicht von den bisher üblichen Streichmassen unterscheidet.
Die Herstellung der Streichmasse ist keinen besonderen Beschränkungen
unterworfen, es hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, nach der Dispergierung der Pigmente im alkalischen Bereich und
der Zugabe des oder der Kunststoffdispersionen zunächst die
kationaktive Substanz zuzugeben und dann den pH-Wert zu korrigieren .
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung, ohne sie darauf zu beschränken.
Dabei stellen die Be ipiele 1 bis 5 erfindungsgemäße Streichmassezusammensetzungen
dar, die bevorzugt für die Herstellung von leichtgewichtigen Papieren geeignet sind, die sich sehr gut
für den Tiefdruck eignen.
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Das Vergleichsbeispiel 1 beschreibt eine Streichmassezusammensetzung
ohne die zugegebenen Substanzen, die bei einem pH < 6,5 stark kationaktiv werden.
Die Beispiele 6 bis 8 beschreiben Streichmassezusammensetzungen gemäß der Erfindung, die bevorzugt für die Herstellung leichtgewichtiger
Papiere geeignet sind, die sich sehr gut für den Rollenoffsett-Druck eignen.
Das Vergleichsbeispiel beschreibt wiederum entsprechende Streichmassezusammensetzungen
ohne die zugegebenen Substanzen, die bei einem pH < 6,5 stark kationaktiv werden.
Beispiel 9 gibt ein typisches Besipiel für die Hasteilung von gestrichenem Papier unter Verwendung der Streichmassen der
Beispiele 1 bis 8 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2.
Einer unter Zusatz eines Dispergiermittels hergestellten wässrigen.
Aufschlämmung von 10444 Gew.Teilen China Clay, die mit
Natronlauge auf einen pH-Wert von 8,8 eingestellt wurde, werden 80 Gew.Teile einer 50 %igen CaIziumstearatlösung und 1106 Gew.
Teile einer anionaktiven Kunststoffdispersion auf Basis eines Acrylsäureester-haltigen Mischpolymerisats mit einem Feststoffgehalt
von 50 Gew.% zugemischt.
857 Gew.Teile einer 2,3 %igen wässrigen Lösung einer tertiären
Dimethyl-Hexylammoniumbase werden in die Mischung von Pigment und Kunststoffdispersion eingerührt. Die Streichmasse wird auf
ei'en Feststoff gehalt von 50 Gew.% verdünnt und auf einen pH-Wert
von 8,7 eingestellt.
Einer Beispiel 1 entsprechenden Mischung von Pigment und Kunststoffdispersion werden 1716 Gew.Teile der in Beispiel 1
verwendeten Lösung an tertiärex Dimethyl-Hexylammoniumbase zugegeben.
Die Streichmasse wird auf 50 % Feststoffgehalt verdünnt
und ein pH-Wert von 8,4 eingestellt.
....17
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■Jig-
Entsprechend Beispiel 1 wird eine Streichmasse hergestellt,
wobei die in Beispiel 1 verwendete Lösung durch 857 Gew.Teile einer 2,3 %igen wässrigen Lösung einer quaternären Trimethyl-Benzyl-Amraoniumverbindung
ersetzt wird. Die Streichmasse wird auf einen Feststoffgehalt von 50 Gew.% und einen pH-Wert von
8,6 eingeteilt.
Entsprechend Beispiel 1 wird eine Streichmasse hergestellt, wobei 1287 Gew.Teile der in Beispiel 3 verwendeten Lösung
zugegeben werden, Die Streichmasse wird auf einen Feststoffgehalt von 50 Gew.% und einen pH-Wert von 8,6 eingestellt.
Entsprechend Beispiel 4 wird eine Streichmasse hergestellt/ deren Feststoffgehalt auf 46 Gew.% eingestellt wird und die
einen pH-Wert von 8,2 hat.
Entsprechend Beispiel 1 wird eine Streichmasse hergestellt, und auf einen Feststoffgehalt von 50 % und einen pH-Wert von
8,5 eingestellt- Im Gegensatz zu den Beispielen 1 bis 5 wird dieser Streichmasse jedoch keine Lösung einer kationaktiven
Sub s tan ζ ζ ugeg eben.
Unter Zugabe von 9 Gew.Teilen eines Disperaiermittels;
20 GEw.Teilen 33 %ige Natronlauge.und 15 Gew.Teilen Natriumcarbonat
wird eine wässrige Aufschlämmung aus 9300 Gew.Teilen
Chinaclay hergestellt.
Aus 800 Gew.Teilen Wasser und 200 Gew.Teilen Kasein wird unter
Zugabe von 19 Gew.Teilen 33 %iger Natronlauge und 12 Gew. Teil en
25 liaem Ammoniak eine Lösung hergestellt, die der Pigmentaufschlämmung
zugegeben wirdl
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1440 Gew.Teile einer anionischen Kunststoffdispersion auf
Basis eines Acrylsäureesters und Styrolmischpolymerxsates mit einem Feststoffgehalt von 50 Gew.% und 600 Gew.Teile .einer
anionischen Kunststoffdispersion auf Basis eines Polyvinylacetatmischpolymerisats
mit einem Feststoffgehalt von 45 Gew.% werden nacheinander zugegeben und mit der Mischung aus Pigment und
Kasein gut vermischt.
Zum Schluß werden 1515 Gew.Teile einer 12,5 %igen Lösung einer
Trimethyl-benzyl-ammoniumverbindung zugemischt und die Streichmasse
auf einen Feststoffgehalt von 50 % und einen pH-Wert von 8,4 eingestellt.
Entsprechend Beispiel 6 wird eine Streichmasse hergestellt, der jedoch anstatt der in Beispiel 6 zugefügten Lösung 1516 Gew.
Teile einer 15,1 %igen Lösung der gleichen Substanz wie in Beispiel 6 zugefügt werden. Die Streichmasse wirä einen Feststoffgehalt
von 50 % und einen pH-Wert von 8,2 eingestellt.
Entsprechend Beispiel 6 wird eine Streichmasse hergestellt, der jedoch anstatt der in Beispiel 6 zugegebenen Lösung 1312 Gew.Teile
einer 12,5 %igen Lösung der gleichen Substanz wie in Beispiel 6 zugegeben werden. Die Streichmasse wird auf einen Feststoffgehalt
von 60 % und einen pH-Wert von 9,6 eingestellt.
Entsprechend den Rezepturen der Beispiele 6 bis 8 wird eine Streichmasse hergestellt, der jedoch keine Lösung einer katioaktiven
Substanz zugegeben ist. Die Streichmasse wird auf einen pH-Wert von 10 und ei'en Feststoff gehalt von 50 % eingestellt.
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Auf einer Versuchsstreichanlage werden bei einer Maschinengeschwindigkeit
von 85 m/min, mit einer Rakelstreicheinrichtung die Streichmassen entsprechend den Beispielen 1 bis 4, 6 bis
und Vergleichsbeispiel 1 und 2 auf ein leichtgewichtiges, holzhaltiges Streichrohpapier mit einem Flächengewicht von 39 g/m2
und einem Oberflächen-pH von 4,ö ausgestrichen und wie üblich
getrocknet. Das Gewicht des getrockneten Striches beträgt 11 g/m2.
Unter gleichen Versuchsbedingungen an der Versuchsstreichanlage wird eine Streichmasse gemäß Beispiel 5 auf ein holzhaltiges
Streichrohpapier, mit einem Flächengewicht von 35 g/m2 und einem Oberflächen-pH-Wert von 4,6 aufgetragen und getrocknet, wobei
das Gewicht des getrockneten Striches 6,5 g/m2 und Seite beträgt.
Mit den Streichmassen entsprechend den Beispielen 1 bis?8 wurde während einer zweistündigen Versuchsdauer kein Durchschlagen
der Streichmasse beobachtet, während es bei den Versuchen mit den Streichmassen entsprechend Vergleichsbeispielen
1 und 2 zum Durchschlagen von Streichmasse und Belegen der Coaterwalze kam.
Um eine exakte Beurteilung und Einstufung des Durchschlagverhaltens
der beschriebenen Streichmassen gemäß den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 zu ermöglichen,
wurde eigens für diesen Zweck eine neuartige Untersuchungsmethode und eine dafür geeignete Prüfvorrichtung entwickelt
und damit die einzelnen Streichmassen untersucht. Im wesentlichen werden dabei als Beschichtungsträger geeignete Substrate
unter Scherung und Druck mit den Streichmassen beaufschlagt und das Durchschlagverhalten sichtbar gemacht. Die dazu verwendete
Prüfvorrichtung ist in den Fig. 1-3 dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 und 2 schematische Seitenansichten eines Teiles der Vorrichtung,
Fig. 3 eine Gesamtansicht der Vorrichtung in perspektivischer Darstellung. ■ ■
20
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Fig. 1 verdeutlicht dabei in einfacher Weise das Prinzip. Aus der zu untersuchenden Streichmasse wird ein Farbsumpf 17
gebildet. Durch den Druck der Quetschwalzen 4,5 wird die Streichmasse durch die Prüfbahn 12 gedrückt und erzeugt dabei
auf einem Kontrastraaterial 16 mehr oder weniger starke Markierungen.
Je größer und zahlreicher die Markierungen sind, desto mehr neigt die Streichmasse zum Durchschlagen. Als
Kontrastmaterial kann ein in seiner Farbe von der Streichmasse abweichendes Papier verwendet werden.
Eine verbesserte und im vorliegenden Fall angewandte Prüfmethode wird aus den Fig. 2 und 3 erkennbar. Dabei ist die Quetschwalze
5 mit einer mitlaufenden Folienbahn 11 aus Polyäthylen abgedeckt. Die Folienbahn verhindert ein Festkleben der Prüfbahn 12 mit der
Quetschwaise 5. Als Prüfbahn findet ein LWC-Rohpapier von 38 g/m2
Verwendung. Auf die Prüfbahn 12 ist eine Anfangsmarkierung 18
angebracht, die unmittelbar vor der Berührungslinie der beiden Quetschwalzen 4,5 und über dem Anfang des Kontrastmaterials 16a
liegt. Als Kontrastmaterial 16a wird ein schwarzes Papier verwendet,
das mit seinem Anfang auf Quetschwalze 4 festgeklebt ist. Die Länge des Kontrastmaterials 16a entspricht dem Umfang der
Quetschwalze 4. Die Länge der Prüfbahn12 ist so gewählt, daß
sie dem 6-fachen Umfang der Quetschwalze 4 und damit der 6-fachen Länge des Kontrastraaterials 16 a entspricht. Durch diese Maßnahme
wird erreicht, daß die Markierungen auf dem Kontrastpapier in 6-fach vervielfältigter Form entstehen. Das Ende der
Prüfbahn 12 ist durch eine Klebenaht 14, die gleichzeitig die Endmarkierung darstellt, mit einer für die Streichmasse undurchdringlichen
Materialbahn 13 aus Polyäthylenfolie verbunden. DAdurch ist es möglich, die Prüfbahn bis hinter das Ende der
Klebnaht 14 durch den Farbsumpf zu führen, ohne daß mehr Markierungen,
als der abgemessenen Prüflänge entsprechen, auf dem Kontrastmaterial erscheinen. Die Breite des Kontrastmaterials
a ist 3 cm geringer als die Breite der Quetschwalzen 4,5.
. Zur Erzielung einer einwandfreien Bahnführung wird die Folienbahn
11 und die undurchdringliche Materialbahn 13 von Abwickelrollen
2 und 3 abgewickelt. Die Abwickelrollen 2,3 sind in auf
21
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/911679
Gestell 1 angebrachten Lagerböcken 15 gelagert und werden
durch Bandbremsen 6 abgebremst. Die Breite der Folienbahn 11
entspricht der Breite des Kontrastmaterials 16 a. Unterhalb der Quetschwalze 5 ist die Lenkwalze 9 zur Führung der Folienbahn
11 angeordnet. Zur Aufnahme herabtropfender Streichmasse
ist unterhalb der Quetschwalzen 4,5 die Auffangwanne 10 angebracht.
Der Antrieb der Quetschwalzen 4,5 erfolgt über Handkurbel 7 auf die fest gelagerte Quetschwalze 5. Die Quetschwalze
4 ist gegen Quetschwalze 5 anpreßbar, wobei der Anpreßdruck über den Drehknopf 8 eingestellt werden kann und an einer
nicht gezeigten Skala ablesbar ist. Die Quetschwalze 4 wird über ein nicht gezeigtes Zahnradpaar von Quetschwalze 5 angetrieben.
Versuchsdurchführung und Auswertung:
Nachdem Walze 4 wie beschrieben, mit Kontrastpapier umwickelt ist, werden die mit der Materialbahn 13 verbundene Prüfbahn
und die Folienbahn 11 eingeführt und die Quetschwalzen 4,5
zusammengepreßt. Anschließend wird aus der Streichmasse ein Farbsumpf 17 gebildet. Durch Betätigung der Handkurbel 7 wird
die Prüfbahn 12 in der abgemessenen Länge durch den Farbsurapf
geführt. Anschließend wird das Kontrastmaterial 16 a entfernt und mit einer Bewertungsskala verglichen, die aus 8 unterschiedlichen
Durchschlagstufen besteht.
Mit Stufe 1 ist dabei ein sehr geringes Durchschlagverhalten und mit Stufe 8 ein sehr starkes Durchschlagverhalten gekennzeichnet.
Die Auswertung der in den Beispielen beschriebenen Streichmassen ergab dabei die folgenden Werte:
Beispiel: 12 3 4 5 6 7 8 ggfff-
i
1 3
Durchschlag-» 5 3 2 12-3521-2 66
verhalten
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ORIGINAL INSPECTED
■lh
Leerseite
Claims (16)
1. Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier oder
Karton, bei dem eine wässrige Streichmasse mit Teilchen mindestens einer wässrigen Kunststoffdispersion und anorganischer
Pigmente wie Kreide, Titandioxid, Talkum und Kaolin auf ein Streichrohpapier bzw. einen Streichrohkarton aufgetragen
und anschließend getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
auf ein Streichrohpapier bzw, einen Streichrohkarton mit einem pH-Wert
< 6,5 eine Streichmasse aufgetragen wird, deren pH-Wert > 6,5 ist,
die Teilchen der Kunststoffdispersion eine nicht kationaktive
Ladung tragen und
die Streichmasse eine Substanz enthält,
die während der Herstellung und Lagerung der Streichmasse deren Stabilität nicht beeinträchtigt,
im pH-Bereich unterhalb 6,5 jedoch stark kationaktiv wird
und daß beim Kontakt mit dem sauer eingestellten Papier
bzw. Karton die Streichmasse an der Grenzfläche zum Streichrohpapier bzw. Streichrohkarton erstarrt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Streichrohpapier oder -karton mit einem pH-Wert zwischer 4,5 bis 6,0 verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Streichrohpapier oder -karton verwendet wird, dessen pH-Wert durch Zusatz einer Schwefelsäureverbindung
des Aluminiums-zum Faserstoffbrei auf 4,50 bis-6,0
eingestellt wird.
• · · · ίώ
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COPY
COPY
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Streichrohpapier oder -karton verwendet wird, bei dem die pH-Wert-Einstellung zusätzlich durch Zugabe
von Schwefelsäure erfolgte.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Streichmasse verwendet wird, deren pH-Wert zwischen 7,5 und 11 liegt.
6.. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Streichmasse verwendet wird, die eine Kunststoffdispersion enthält, deren Teilchen eine anionaktive
Ladung tragen.
7. Verfahren nach Anspruc h 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Streichmasse verwendet wird, bei der die anionaktive Ladung
der Kunststoffdispersion durch anionische Gruppen des Kunststoff
moleküls selbst bewirkt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Streichmasse verwendet wird, bei der die anionaktive Ladung der Kunststoffdispersion durch Stabilisatoren bzw. Emulgatoren
bewirkt ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- :
zeichnet, daß eine Streichmasse verwendet wird, bei der die im pH-Bereich unterhalb 6,5 stark kationaktiv werdende
Substanz schwach kationaktiv ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Streichmasse verwendet wird, deren schwach kationaktive
Substanz aus einer oder mehreren wässrigen und in Wasser lösbaren Verbindungen besteht, die aus der Gruppe der tertiären
und quaternären Aminoverbindungen ausgewählt sind.
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11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Streichmasse verwendet wird, in der die in einem pH-Bereich unterhalb 6,5 stark kationaktiv werdende
Substanz in einer solchen Menge vorliegt, daß die Stabilität der Streichmasse oberhalb eines pH-Wertes von 6,5 nicht
beeinträchtigt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Streichmasse verwendet wird, in der die schwach kationaktive Substanz in einer Menge von 2 bis 20
Gewichtsteilen Feststoff, bezogen auf 100 Gewichtsteile Trockensubstanz der Kunststoffdispersion enthalten ist.
13. Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier und Karton nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Streichmasse mit einem Feststoffgehalt von 30 bis 35 Gewichtsprozent
mit einer Luftbürstenstreicheinrichtung einseitig auf ein Streichrohpapier oder -karton in einer solchen Menge
aufgetragen und getrocknet wird, daß das Gewicht des getrockneten Striches 10 bis 12 g/m2 beträgt.
14. Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Streichmasse, die einen Feststoffgehalt von 45 bis 67 Gew.%
aufweist, auf ein holzhaltiges Streichrohpapier, das ein Flächengewicht
von 32 - 38 g/m2 hat, mit einer Rakelstreicheinrichtung beidseitig aufgetragen und getrocknet wird und daß
das Gewicht des getrockneten Striches 6 bis 7 g/m2 und Seite beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein holzhaltiges Streichrohpapier mit einem Flächengewicht von
34 bis 36 g/m2 verwendet wird.
16. Streichmasse zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1-12 und 14 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Streichmasse auf einen pH-Wert von 8,1 bis 10,1 eingestellt
ist, und bei einem Feststoffgehalt von 45 bis 62 Gew.% die folgende Zusammensetzung aufweist;
ι ... * -3 a
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-H-
3-12 Gew.Teile einer anionaktiven Kunststoffdxspersion
gerechnet als Trockengewichtsteile
70-95 Gew.Teile anorganische Pigmente
0,1 -5 Gew.Teile einer wasserlöslichen kationaktiven
Substanz, gerechnet als Trockengewichtsteile
und bis 3 Gew.Teile sonstige Hilfsstoffe, wie Dispergiermittel
, Entschäumer und Verdickungsmittel,
wobei sich die angegebenen Mengen auf 100 Trockengewichtsteile
ergänzen.
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