DE2911679B2

DE2911679B2 - Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier und Karton und Streichmasse zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2911679B2
Application number: DE2911679A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Chem. Dr. Kurt Werner 4057 Brüggen Bergmann; Popko Julius 5142 Hückelhoven Westerhuis
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Feldmuehle AG
Priority date: 1979-03-24
Filing date: 1979-03-24
Publication date: 1981-07-30
Also published as: US4495029A; FI65642C; EP0016465B2; DE2911679C3; ATE886T1; FI65642B; EP0016465A1; FI800896A; EP0016465B1; JPS55128099A; DE2911679A1

Description

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 Streichrohpapicr oder -karton aufgetragen und getrocknet wird, sowie eine Streichmasse zur Durchführung des Verfahrens.
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. ä.

b^r> 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 größler Bemühungen nicht mehr unterschreiten kann. Vielmehr führt bereits das Arbeiten in diesem Grenzbereich zu enormen Schwierigkeiten während des Streichprozesses. Infolge des geringen Flächengewichts kommt es vielfach zum »Durchschlagen« der Streichmasse. Die Streichmasse durchdringt dabei das Substrat und baut sich auf der Coater-Walze auf.

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 zu verhindern. Aus Casey, Pulp and Paper, Vol. Ill, 1961, Seite 1687 ist es bekannt, durch einen erhöhten Feststoffgehalt einen höheren Anteil der Gesamt-Streichmasse an der Oberfläche des Papiers zu halten. Diese Literaturstelle erwähnt auch den Einfluß von Viskosität, Wasserrückhaltevermögen, Fließverhalten, Feststoffgehalt und pH-Wert. Auf Seite 1688 enthält die obengenannte Literaturstelle einen auf Stärke und Kasein als Bindemittel bezogenen Hinweis, wonach bei einer Erhöhung des pH-Wertes die Penetration der Streichmasse in das Papier zunimmt und daß ferner der optimale pH-Wert der Streichmasse in Abhängigkeit vom Leimungsgrad des Rohpapiers generell zwischen 7 und 9 einzustellen ist.

Ein weiterer in der DE-AS 11 97 743 enthaltener Vorschlag sieht für Streichmassen auf Basis von Kunststoffdispersionen und Kasein die Einstellung eines Feststoffgehaltes zwischen 35 und 65 Gew.-% und eine pH-Werteinstellung zwischen 8 und 12 vor. Die gemäß diesem Vorschlag einzusetzenden Kunststoffdispersionen sollen sich dadurch auszeichnen, daß ihre Viskosität sich während einiger Tage nicht verändert.

Die DE-OS 28 22 321 greift einen bereits bekannten Vorschlag auf, der im Zusatz kationischer Verbindungen zu Papierstreichmasse bestanden hat, und ergänzt diesen Vorschlag dadurch, den Papiers»reichmassen zusätzlich ζ« kanonischen Verbindungen eine Dispersion eines iP alkalischem Medium löslichen, carboxylgruppenhaltigen Polymeren in Form eines Alkalimetalls oder Erdalk^alimetalisi'lzes einer ungesättigten Carbonsäure zuzu»<itzen. DMrch den Zusatz der letzteren Substanzen soll das Unlöslichwerden der Schicht gesteigert Verden lind Streichmassen mit stark thixotropen eigenschaften hergestellt werden.

Zu befriedigenden Lösungen, insbesondere bei der Herstellung von LWC-Papieren, haben diese Vorschläge noch nicht geführt So wird beispielsweise die Erhöhung des Feststoffgehaltes bei einer Papierstreich- -i masse 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 ein-

K) wandfrei verarbeitbar. Ein Durchschlagen der Streichmasse wird jedoch lediglich bei solchen Streichmassen in geringem Umfang vermieden, die einen noch höheren Feststoffgehalt aufweisen. Bei LWC-Papieren tritt zusätzlich noch die Schwierigkeit auf, daß sich

r. Strichauftragsgewichte im interessierenden Bereich unter 12 g/m² mit Streichmassen, die einen Feststoffgehalt von über 60% aufweisen, kaum erzielen lassen. Mit Streichmassen, die lediglich in ihrer Viskosität erhöht wurden, wurd wurde ebenfalls kein geringeres Durchschlagsverhalten erzielt Der vorgeschlagene Zusatz von Elektrolyten und kationischen Substanzen beeinflußt zumeist di^ Streichmassenrheologie so ungünstig, daß auch diese Vorschläge keinen Eingang in die Praxis gefunden haben.

r> Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese bekannten Schwierigkeiten zu beseitigen und ein Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier und Karton zu schaffen, oei dem die Streichmasse nur in geringem Umfang in die Substrate eindringt. Insbeson-

i» dere 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

r> 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

4> 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

>o Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier oder Karton, bei dem eine wäßrige Streichmasse auf ein auf einen pH-Wert <6,5 eingestelltes Streichrohpapier bzw. Streichrohkarton aufgetragen und anschließend getrocknet wird und das dadurch gekennzeichnet ist,

V) daß

a) eine Streichmasse aufgetragen wird, deren pH-Wert >6,5 ist und die Teilchen der Kunststoffdispersion eine nicht kationaktive Ladung tragen,

b) die Streichmasse eine Substanz enthält, die während der Herstellung und Lagerung der Streichmasse deren Stabilität nicht beeinträchtigt, im pH-Bereich unterhalb 6,5 jedoch so stark kationaktiv wird, daß beim Kontakt mit dem sauer eingestellten Papier bzw. Karton die Streichmasse an der Grenzfläche zum Streichrohpapier bzw. Streichrohkarton erstarrt.

29 Π

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 i< > Auswahl und Einsatzmöglichkeiten der stärker kationaktiv werdenden Substanzen und der Kunststoffdispersion sind dabei sorgfältig aufeinander abzustimmen. Die Einsatzmöglichkeiten der verwendbaren Kunststoffdispersiop.en sind dabei nicht an das Vorliegen eines ι-, bestimmten Polymerisats gebunden. Es können vielmehr alle Kunststoffdispersionen verwendet werden, die auch bisher zur Herstellung von Streichmassen Verwendung fanden, wie z. B. Butadien-Styrol-Copolymerisate, Acrylsäureester-Mischpolymerisate mit z. B. Polyvinylacetat o. ä., sofern sie die erhobene Forderung nach einem nicht kationaktiven Ladungszustand ihrer Kunststoffteilchen erfüllen.

Unter dem Ausdruck Kunststoffteüchen mit einer nicht kationaktiven Ladung sollen gemäß der vorliegen- >-, den 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 j» 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. η

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 -r. 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 ϊ< > geeignet, die über einen derart hohen Stabilisierungsgrad verfugen, 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 «> kationaktiv werden, besitzen hn angemeinen auch bei höheren pH-Werten einen schwach kationaktiven Charakter, sie werden deshalb nachfolgend als schwach kationische Substanzen bezeichnet Die von ihnen ausgehende kationische Wirkung ist jedoch so gering, to daß sie ohne nennenswerten EinfinB 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 Kontakte 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 Sireichmasse, die in einem erheblichen 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 Beschränkungen unterworfen und können in der üblichen Art und Weise erfolgen. Wird die Streichmasse jedoch auf die Oberfläche ei nes Streichrohpapiers oder Streichrohkartons aufgetragen, dessen Oberfläche einen sauren pH-Wert sufweist, 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 beobachten ist, es kann sich aber auch um die Überführung der Kunststoffdispersion in einen nicht reversiblen, gelartigen Zustand handeln. In jedem Fall wird es infolge der verringerten Stabilität der Kunststoffdispersion im Grenzflächenbereich zu einem Erstarren der Streichmasse kommen, in diesem Grenzflächenbereich 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 Streichrohpapiere 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 Kalram-Aluminiumsulfat als geeignet erwiesen. Wenn eine noch niedrigere pH-Wert-Einstelfemg 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 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 Ladungszustand 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 Kunststoffdispersionen 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 Substrats eine 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 Eigenschaft haben, bei einem pH-Wert <6,5 stark kationisch zu werden. Als besonders gut geeignet haben sich in Wasser 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

AIs besonders zweckmäßig hat sich eine Zugabemenge von 2 bis 20 Gew.-% bezogen auf die Trockenteile der Kunststoffdispersion in der Streichmasse erwiesen.

Gegenüber den bisher bekannten Streichverfahren und Streichmassen zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß die Streichmassen in ihrem Theologischen Verhalten praktisch unverändert bleiben gegenüber solchen Streichmassen, denen keine schwach kationischen Substanzen zugegeben -wurden. Die das Durchschlagen verhindernde Wirkung tritt erst dann auf, wenn die Streichmasse mit dem sauer eingestellten Substrat in Kontakt kommt.

Das vorliegende Verfahren gestattet auch eine weitgehende Freiheit in der Einstellung des Feststoffgehaltes der Streichmassen und ermöglicht dadurch sehr geringe Auftragsgewichte.

Ein besonderer Vorteil, der bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von LWC-Papieren auftritt, besteht darin, daß die nach dem erfindungsgemäßen Streichverfahren hergestellten LWC-Papiere im Tiefdruckverfahren erheblich besser bedruckbar sind. Die verbesserte Qualität macht sich durch die stark verringerte Anzahl von »missing dots« bemerkbar, die im Vergleich zu den bisher üblichen Streichverfahren auftreten. In vielen Fällen treten »missing dots« nicht einmal dann auf, wenn bei Anwendung des erfindungsgemäßen Streichverfahrens im Vergleich zu den bisher gebräuchlichen Verfahren gleichzeitig das Strichgewicht verringert wird. Dies ist ein eindeutiges Zeichen dafür, daß die Streichmasse weniger tief in das Streichrohpapier eindringt und in erheblich größerem Umfang als bisher an der Oberfläche verbleibt.

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 Masse 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 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 teurere Rohstoff komponente 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. Zar

ίο

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 Streichmassen 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 Verfahrens und 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—38q/m², bevorzugt von 34—36 g/m², mit einer Rakelstreicheinrichtung beidseitig so aufgetragen, daß das Gewicht des getrockneten 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 weitestgehcndc Erstarrung der Streichmasse bewirkt 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:

3—12Gew.-Teiie

einer anionaktiven Kunststoffdispersion, gerechnet als Trockengewichtsteile,

anorganischer Pigmente, einer wasserlöslichen schwach kationenaktiven Substanz, gerechnet als Trockenteile und bis sonstige Hflfsstoffe, wie Dispergiermittel, Entschäumer und Verdickungsmittel,

wob« sich alle Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile ergänzen.

Zwischen pH-Wert, Feststoffgehali und Menge bzw. Art der schwach kationaktiven Substanz besteht dabei

70—95 Gew.-Teile 0,1—5Gew.-Tefle

3 Gew.-Teile

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 kationakti- ·-> ven 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 in 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 besonde^r> ren 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 2Ii korrigieren.

Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung, ohne sie daruf zu beschränken.

Dabei stellen die Beispiele 1 bis 5 erfindungsgemäße Streichmassezusammensetzungen dar, die bevorzugt für 2^r> die Herstellung von leichtgewichtigen Papieren geeignet sind, die sich sehr gut für den Tiefdruck eignen.

Das Vergleichsbeispiel 1 beschreibt eine Streichmassezusammensetzung ohne die zugegebenen Substanzen, die bei einem pH < 6,5 stark kationaktiv werden.
Ji) 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 entspre-F) chende Streichmassezusammensetzungen ohne die zugegebenen Substanzen, die bei einem pH < 6,5 stark kationaktiv werden.

Beispiel 9 gibt ein typisches Beispiel für die Herstellung von gestrichenem Papier unter Verwendung der Streichmassen der Beispiele 1 bis 8 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2.

Beispiel 1

4^r) Einer unter Zusatz eines Dispergiermittels hergestellten wäßrigen Aufschlämmung von 10 444 Gew.-Teilen China Clay, die mit Natronlauge auf einen pH-Wert von 8,8 eingestellt wurde, werden 80 Gew.-Teile einer 50%igen Calciumstearatlösung und 1106 Gew.-Teile

■>o einer anionaktiven Kunststoffdispersion auf Basis eines Acrylsäureester-haltigen Mischpolymerisats mit einem Feststoffgehalt von 50 Gew.-% zugemischt

857 Gew.-Teile einer 2^%igen wäßrigen Lösung einer tertiären Dimethyl-Hexylammoniumbase werden in die Mischung von Pigment und Kunststoffdispersion eingerührt Die Streichmasse wird auf einen Feststoffgehalt von 50 Gew.-% verdünnt verdünnt und auf einen pH-Wert von 8,7 eingestellt

Beispiel 2

Finer Beispiel 1 entsprechenden Mischung von Pigment und Kunststoffdispersion werden 1716 Gew,-Teile der in Beispiel 1 verwendeten Lösung an tertiärer Dimethyl-Hexylammoräumbase zugegeben. Die Streichmasse wird auf 50% Feststoffgehalt verdfinnt und ein pH-Wert von 8,4 eingestellt

Beispiel 3

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-Ammoniumverbindung ersetzt wird. Die Streichmasse wird auf einen Feststoffgehalt von 50 Gew.-% und einen pH-Wert von 8,6 eingestellt.

Beispiel 4

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.

Beispiel 5

Entsprechend Beispiel 4 wird eine Streichmasse hergestellt, deren Feststoffgehalt auf 46 Gew.-% eingestellt wird und die einen pH-Wert von 8,2 hat.

Vergleichsbeispiel 1

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 Substanz zugegeben.

Beispiel 6

Unter Zugabe von 9 Gew.-Teilen eines Dispergiermittels, 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.-Teilen 25%igem Ammoniak eine Lösung hergestellt, die der Pigmentaufschlämmung zugegeben wird.

1440 Gew.-Teile einer anionischen Kunststoffdispersion auf Basis eines Acrylsäureesters und Styrolmischpolymerisates mit einem Feststoffgehalt von 50 Gew.-°/o 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

Beispiel 7

Entsprechend Beispiel 6 wird eine Streichmasse hergestellt, der jedoch anstatt der in Beispiel 6 zugefügten Lösung 1516 Gew.-Teile einer 15,l%igen Lösung der gleichen Substanz wie in Beispiel 6 zugefügt werden. Die Streichmasse wird auf einen Feststoffgehalt von 50% und einen pH-Wert von 8,2 eingestellt

Beispiel 8

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.

Vergleichsbeispiel 2

Entsprechend den Rezeptoren der Beispiele 6 bis 8

wird eine Streichmasse hergestellt, der jedoch keine

ι» Lösung einer kationaktiven Substanz zugegeben ist. Die Streichmasse wird auf einen pH-Wert von 10 und einen Feststoffgehalt von 50% eingestellt.

Beispiel 9

r, Auf einer Versuchsstreichanlage werden bei einer Maschinengeschwindigkeit von 85 m/min mit einer Rakelstreicheinrichtung die Streichmassen entsprechend den Beispielen 1 bis 4, 6 bis 8 und Vergleichsbeispiel 1 und 2 auf ein leichtgewichtiges, holzhaltiges

j» Streichrohpapier mit einem Flächengewicht von 39 g/m² und einem Oberflächen-pH von 4,8 einseitig aufgestrichen ui;d wie üblich getrocknet. Das Gewicht des getrockneten Striches beträgt 11 g/m².

Unter gleichen Versuchsbedingungen an der Ver-

:> suchsstreichanlage wird eine Streichmasse gemäß Beispiel 5 auf ein holzhaltiges Streichrohpapier, mit einem Flächengewicht von 35 g/m² und einem Oberflächen-pH-Wert von ί,6 aufgetragen und getrocknet, wobei das Gewicht des getrockneten Striches 6,5 g/m²

in 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

j) entsprechend Vergleichsbeispielen 1 und 2 zum Durchschlagen \on 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 welche jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Es werden 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

5(i verwendete Prüfvorrichtung ist in den Fig. 1—3 dargestellt

Es zeigen F i g. 1 und 2 schematische Seitenansichten eines Teiles der Vorrichtung,
F i g. 3 eine Gesamtansicht der Vorrichtung in perspektivischer Darstellung.

F i g. 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 Kontrastmaterial 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 Fi g. 2 und 3 erkennbar.

Dabei ist die Quetschwalze 5 mit einer mitlaufenden Folienbahn 11 aus Polyäthylen abgedeckt Die Folien bahn verhindert ein Festkleben der Prüfbahn 12 mit der Quetschwalze 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 Kontrastrnaterials 16a entspricht dem Umfang der Quetschwalze 4. Die Länge der Prüfbahn 12 ist so gewählt, daß sie dem öfachen Umfang der Quetschwalze 4 und damit der öfachen Länge des Kontrastmaterials 16a entspricht. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Markierungen auf dem Kontrastpapier in 6fach 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 Kontrastrnaterials 16a 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 auf Gestell 1 angebrachten Lagerböcken 15 gelagert und werden durch Bandbrem-

sen 6 abgebremst Die Breite der Folienbahn 1: entspricht der Breite des Kontrastmaterials 16i Unterhalb der Quetschwalze 5 ist die Lenkwalze 9 zu Führung der Folienbahn 11 angeordnet Zur Aufnahm< herabtropfender Streichmasse ist unterhalb dei Quetschwalzen 4, 5 die Auffangwanne 10 angebracht Der Antrieb der Quetschwalzen 4, 5 erfolgt übei Handkurbel 7 auf die fest gelagerte Quetschwalze 5. Di« Quetschwalze 4 ist gegen Quetschwalze 5 anpreßbar wobei der Anpreßdruck über den Drehknopf i eingestellt werden kann und an einer nicht gezeigter Skala ablesbar ist Die Quetschwalze 4 wird über eil nicht gezeigtes Zahnradpaar von Quetschwalze ! angetrieben.

Versuchsdurchführung und Auswertung:

Nachdem Walze 4 wie beschrieben, mit Kontrastpa pier umwickelt ist, werden die mit der Materialbahn 1; verbundene Prüfbahn 12 und die Folienbahn l! eingeführt und die Quetschwalzen 4, 5 zusammenge preßt Anschließend wird aus der Streichmasse eir Farbsumpf 17 gebildet. Durch Betätigung der Handkur bei 7 wird die Prüfbahn 12 in der abgemessenen Längt durch den Farbsumpf geführt. Anschließend wird da! Kontrastmaterial 16a entfernt und mit einer Bewer tungsskala verglühen, die aus 8 unterschiedlicher Durchschlagstufen besteht.

Mit Stufe 1 ist dabei ein sehr geringes Durchschlag verhalten und mit Stufe 8 ein sehr starkes Durchschlag verhalten gekennzeichnet.

Die Auswertung der in den Beispielen beschriebener Streichmassen ergab dabei die folgenden Werte:

Beispiel	3	4	5	6	7	8	Verglcichs-
						beispicl
1 2						I 2

Durchschlagverhallcn 5 3 2

Die Aussagekraft dieses Versuchsergebnisses wird zusätzlich gestützt, wenn Proben der fertigen Papiere nach dem Heliotest-Verfahren untersucht werden. Das Heliotest-Verfahren ist ein in der Papier- und Druckindustrie gebräuchliches Verfahren und wurde entwickelt vom Centre Technique de !'Industrie des 2-3 5

1-2 6

Papiers, Cartons et Celluloses; Grenoble, Frankreich.

Der Heliotest dient der zahlenmäßigen Feststellung von »missing dots«. Gegenüber den bisher üblicher Streichverfahren ergibt sich dabei eine Verringerung der »missing dots« zwischen 30 und 40%.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von gestrichenem Papier oder Karton, bei dem eine wäßrige Streichmasse mit Teilchen mindestens einer wäßrigen Kunststoffdispersion als Bindemittel und anorganischer Pigmente wie Kreide, Titandioxid, Talkum und Kaolin auf ein auf einen pH-Wert <6,5 eingestelltes Streichrohpapier bzw. einen Streichrohkarton aufgetragen und anschließend getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

b) die Streichmasse eine Substanz enthält, die während der Herstellung und Lagerung der Streichmasse deren Stabilität nicht beeinträchtigt, im pH-Bereich unterhalb 6,5 jedoch so stark kationaktiv wird,

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 zwischen 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 an sich bekannten Zusatz einer Schwefelsäureverbindung des Aluminiums zum Faserstoffbrei auf 4,50 bis 6,0 eingestellt wird.

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 Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Streichmasse verwendet wird, bei der die anionaktive Ladung der Kunststoffdispersion durch anionische Gruppen des Kunststoffmoleküls 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 gekennzeichnet, 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.

11. 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

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ίο 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

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß eine Streichmasse, die einen Feststoffgehalt von 45 bis 67 Gew.-% aufweist

2» auf ein holzhaltiges Streichrohpapier, das ein Flächengewicht von 32—38 g/m² hat mit einer Rakelstreicheinrichtung beidseitig so aufgetragen und getrocknet wird, daß das Gewicht des getrockneten Striches 6 bis 7 g/m² und Seite beträgt

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein holzhaltiges Streichrohpapier mit einem Flächengewicht von 34 bis 36 g/m² verwendet wird.

15. Streichmasse zur Durchführung des Verfah-

H) rens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, 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:

3—12Gew.-Teile einer anionaktiven Kunststoffdispersion gerechnet als Trokkengewichtsteile,

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 _Vi und Verdickungsmittel,

wobei sich die angegebenen Mengen auf 100 Trockengewichtsteile ergänzen.