DE4015252A1

DE4015252A1 - Verfahren zur einbindung eines binders in ein in der masse gefuelltes papier

Info

Publication number: DE4015252A1
Application number: DE4015252A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1990-05-12
Filing date: 1990-05-12
Publication date: 1991-11-21
Also published as: FI920108A0; ES2066466T3; EP0484520A1; EP0484520B1; US5266163A; CA2064242A1; ATE116023T1; DE59103984D1; JPH04507440A; WO1991018148A1

Description

Um ein möglichst gutes Druckbild zu bekommen, ist es seit über einem Jahrhundert üblich, die Papieroberflächen zu streichen (gestrichene Papiere, Kunstdruckpapier, Bilderdruckpapier, Chromo-Papier, usw.). Der Zweck ist, eine Schicht für den Druck zu bilden, die ausschließlich aus Pigmenten und einem Binder besteht. Diese Schicht wird durch Satinage meist noch verdichtet und zu Glanz gebracht und ermöglicht so die Wiedergabe feinster Rasterpunkte. Der Begriff Emaille-Papier war früher für die höchsten Qualitätsstufen üblich.

Es ist aber dieses Streichen ein sehr kostenaufwendiger Vorgang, der in der Papiermaschine - meist aber in einer separaten Streichanlage - auf das Papier aufgebracht wird. Aus Kostengründen ist die Basis dieser Streichfarben Wasser, was in mancher Hinsicht große Nachteile in sich birgt. Das Streichen aus organischen Lösungsmitteln (Solvent-Coating) ist auf wenige Spezialpapiere beschränkt.

Da es nun unstreitig ist, daß der Druck auf Pigmente oder Pigmentschichten zu wesentlich besseren Druckergebnissen als auf ein Faserfließ führt, gibt es seit Jahrzehnten große Bemühungen, hochfüllstoffhaltige Papiere direkt auf der Papiermaschine zu erzeugen.

Große Verbreitung haben die allen bekannten holzhaltigen hochgefüllten und hochsatinierten Tiefdruckpapiere, die einen Füllstoffgehalt je nach Grammgewicht zwischen 17 und 30% haben. Im internationalen Sprachbegriff werden diese Papiere SC-Papiere (super calendered) genannt.

Gemeinsam ist den Verfahren zur Herstellung solcher Papiere, daß die Füllstoffe adsorptiv und filtrativ in den Faserfließ eingebunden werden.

Es gibt vielfältige Bemühungen und Veröffentlichungen, durch Hinzugabe von Bindestoffen die Einbindung des Füllstoffes - es handelt sich meist um Kaolin oder Talkum - zu verbessern. Am bekanntesten sind die Stärken in all ihren Modifikationen insbesondere die kationisch modifizierten Stärken, aber auch die Carboxymethyl- Zellulosen, die Alginate, die Manogalactane - wie z. B. das Meyproid - und die heute aus Kostengründen nicht mehr vertretbaren Gelantine und Hautleimzusätze.

Das Problem, das allen diesen Bindesystemen gemeinsam ist, besteht darin, daß die verwendeten Binder als kolloidale Lösungen im Stoffeintrag zum Einsatz kommen und daß ihre Anbindung an den Füllstoff und an die Faser nur durch elektrokinetische Kräfte bewirkt wird.

Alles aber, was nur adsorptiv gebunden ist, kann auch desorbieren. Demzufolge finden sich im Kreislaufwasser und insbesondere im Abwasser der Papierfabrik mehr oder minder hohe Anteile dieser kolloidalen Zusätze, die garnicht zur Bindung beigetragen haben. Es ist bekannt, daß Stärke im Abwasser denkbar unerwünscht ist. Das gilt im Prinzip auch für alle anderen kolloidalen Binder.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindungsmeldung liegt also darin, ein System zu finden, mit dem in einem gefüllten Papier ein Binder so eingebunden werden kann, daß er scherstabil auf dem Füllstoff, auf den Fasern und am besten auf beiden sitzt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Einbindung eines Binders in ein in der Masse gefülltes Papier, wobei man den Binder als kolloidale Lösung zu einer Suspension z. B. eines Füllstoffs gibt, den Binder durch Koazervation auf dem Füllstoff niederschlägt und das so erhaltene Koazervat in die Papiermasse einarbeitet.

Ausgangspunkt für das erfindungsgemäße Verfahren sind geeignete Binder, die als kolloidale Lösungen oder Dispersionen zur Verfügung stehen, wie beispielsweise Homo- und Copolymerisate auf der Basis Vinylacetat, Crotonsäure, Polyvinylalkohol, teilverseifte (Meth)acrylate; bevorzugt sind Homo- und Copolymerisate aus (Meth)acrylsäure in Form ihrer Natriumsalze. Diese kolloidal gelösten bzw. dispergierten Binder werden zu einer wäßrigen alkalischen Aufschlämmung eines geeigneten und üblichen Füllstoffs gegeben. Gebräuchlich sind in der Papierindustrie für diesen Zweck Kaolin, Calciumcarbonat, Talkum oder dgl. Durch geeignete Maßnahmen wird nun der kolloidal gelöste Binder durch Koazervation auf dem Füllstoff niedergeschlagen. Dies erfolgt durch Salzbildung infolge Zugabe von Salzen oder durch eine Vernetzung des Binders. Bei den bevorzugten Poly(meth)acrylaten erfolgt die Koazervation in der Weise, daß die kolloidale Lösung, die einen alkalischen pH-Wert aufweist, angesäuert wird, wodurch das kolloidale System zerstört wird und der Binder auf dem Pigment ausfällt. Diese Absäuerung erfolgt vorzugsweise mit Aluminiumsulfat, das üblicherweise bei der Herstellung von SC-Papier benutzt wird. Das Koazervat selbst muß noch eine Bindefähigkeit aufweisen.

Nach der Koazervation des Kolloids sedimentiert der umhüllte Füllstoff, und das überstehende Wasser ist völlig frei von Restkolloiden und zeigt keinerlei Tyndaleffekt. Wenn man diese so umhüllten Pigmente nun sehr hohen Scherkräften aussetzt, gelingt es nicht, das Makromolekül wieder vom Pigment herunterzubringen. Auch nach einer längeren Scherbehandlung ist das überstehende Wasser völlig frei von dem ursprünglichen Kolloid.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man auch so vorgehen, daß man in der Stoffzentrale der Papiermaschine den Füllstoff, den kolloidalen Binder und den Faserstoff miteinander mischt und gleichzeitig durch Zugabe von Aluminiumsulfat den pH-Wert absenkt. Man kann auch zunächst den kolloidalen Binder mit dem Faserstoff, der alkalisch gestellt ist, mischen, dann den Füllstoff zumischen und abschließend den Binder durch Koazervation ausfällen.

Das Gewichtsverhältnis Füllstoff zu Binder soll so gewählt werden, daß 1 bis 11, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-% Binder bezogen auf den Füllstoff vorliegen. Der Gesamtgehalt an Füllstoff im Papier beträgt bis zu 45 Gew.-%, vorzugsweise 17 bis 35 Gew.-%. Aus der wäßrigen Slurry von auf dem Füllstoff koazerviertem Binder, und den üblichen Faserstoffen wird dann nach üblichen Methoden ein Blatt geformt und das erhaltene Papier wird abschließend satiniert.

Die so erhaltenen Papiere zeigen im Vergleich zu Papieren, die keinen auf den Füllstoff koazervierten Binder enthalten, daß hier die Reißlänge als das wichtigste Maß der Festigkeit zunimmt, und zwar erreicht man entweder bei gleichem Füllstoffgehalt höhere Festigkeiten oder aber bei gleicher Festigkeit können erheblich höhere Füllstoffgehalte zugelassen werden. Letzteres bedeutet eine Einsparung an im Vergleich zum Füllstoff teureren Faserstoff.

Beispiele Allgemeine Vorschrift

Es wurde eine 5%ige Suspension von Kaolin in Wasser hergestellt und durch Zugabe von Natronlauge wurde ein pH-Wert von 11 eingestellt. Zu dieser Suspension wurde dann eine alkalisch gestellte wäßrige kolloidale Lösung eines Na-Polyacrylates ®Acrosol A40D gegeben. Diese Mischung wurde dann in der Stoffzentrale einer Papiermaschine mit dem Faserstoff (Fichtenzellstoff und Holzschliff 1 : 1) vermischt und gleichzeitig wurde soviel Aluminium-Sulfat zugegeben, bis der pH-Wert den jeweils angegebenen Wert erreicht hat. Diese Masse wurde dann auf einer Papiermaschine in üblicher Weise zu einem Blatt geformt und anschließend satiniert. Der Papierbrei, der im Stoffauflauf einen Feststoffgehalt von 0,5 Gew.-% hat, enthält jeweils folgende Mengen an Feststoff:

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

1,9 g Faserstoff,
4 g Kaolin
pH-Wert 7
Füllstoffgehalt: 36,2%
Reißlänge: 1220 m

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)

1,75 g Faserstoff,
6 g Kaolin
pH-Wert 7
Füllstoffgehalt: 42,4%
Reißlänge: 950 m

Beispiel 3

1,75 g Faserstoff,
1% Na-Polyacrylat,
6 g Kaolin
pH-Wert 7
Füllstoffgehalt: 42,7%
Reißlänge: 1050 m

Beispiel 4

1,9 g Faserstoff,
1% Na-Polyacrylat,
4 g Kaolin
pH-Wert 6
Füllstoffgehalt: 38,4%
Reißlänge: 1200 m

Beispiel 5

1,75 g Faserstoff,
1% Na-Polyacrylat,
6 g Kaolin
pH-Wert 5
Füllstoffgehalt: 49,1%
Reißlänge: 790 m

Beispiel 6

1,9 g Faserstoff,
4% Na-Polyacrylat,
4 g Kaolin
pH-Wert 7
Füllstoffgehalt: 33,4%
Reißlänge: 1610 m

Beispiel 7

1,9 g Faserstoff,
4% Na-Polyacrylat,
4 g Kaolin
pH-Wert 6
Füllstoffgehalt: 39,7%
Reißlänge: 1300 m

Beispiel 8

1,9 g Faserstoff,
4% Na-Polyacrylat,
4 g Kaolin
pH-Wert 5
Füllstoffgehalt: 39,7%
Reißlänge: 1240 m

Beispiel 9

1,75 g Faserstoff,
4% Na-Polyacrylat,
6 g Kaolin
pH-Wert 7
Füllstoffgehalt: 41,6%
Reißlänge: 1340 m

Beispiel 10

1,75 g Faserstoff,
4% Na-Polyacrylat,
6 g Kaolin
pH-Wert 6
Füllstoffgehalt: 39,1%
Reißlänge: 1240 m

Beispiel 11

1,9 g Faserstoff,
1% Na-Polyacrylat,
4 g Kaolin
pH-Wert 4
Füllstoffgehalt: 31.7%
Reißlänge: 1520 m

Beispiel 12

1,75 g Faserstoff,
1% Na-Polyacrylat,
6 g Kaolin
pH-Wert 4
Füllstoffgehalt: 38,2%
Reißlänge: 1240 m

Beispiel 13

1,9 g Faserstoff,
1% Na-Polyacrylat,
4 g Kaolin
pH-Wert 5,5
Füllstoffgehalt: 41,9%
Reißlänge: 1320 m

Beispiel 14

1,75 g Faserstoff,
1% Na-Polyacrylat,
6 g Kaolin
pH-Wert 5,5
Füllstoffgehalt: 49,9%
Reißlänge: 950 m

Als Na-Polyacrylat wurden in den Beispielen 1 bis 10 das Handelsprodukt ®Acrosol A400 und in den Beispielen 11 bis 14 das Produkt ®Rohagit S genommen. Die Prozentangaben für das Na-Polyacrylat beziehen sich in allen Beispielen auf die Menge an Füllstoff (Kaolin). Alle Prozentangaben sind Gewichtsprozente.

An dem fertigen Papier wurde jeweils die Reißlänge gemessen. Da die Reißlänge auch vom Füllstoffgehalt (Kaolin) abhängt, wurde dieser Wert ebenfalls mit angegeben. Trägt man die Werte für Reißlänge und Füllstoffgehalt in ein Diagramm ein (Fig. 1), so zeigt sich, daß das Verhältnis von Reißlänge zu Füllstoffgehalt bei den erfindungsgemäß erhaltenen Papieren wesentlich besser ist als bei den beiden Vergleichspapieren, die keinen koazervierten Binder enthalten.

Claims

1. Verfahren zur Einbindung eines Binders in ein in der Masse gefülltes Papier, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder als kolloidale Lösung zu einer Suspension eines Füllstoffes gegeben wird, der Binder durch Koazervation auf dem Füllstoff niedergeschlagen wird und das so erhaltene Koazervat in die Papiermasse eingearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Binder durch Koazervation auf dem Füllstoff in Gegenwart der Faserstoffe und somit gemeinsam auf Faser und Füllstoff niederschlägt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Binder ein alkalilösliches Na-Polyacrylat einsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Binder ein alkalilösliches Vinylacetat- Crotonsäure-Mischpolymerisat einsetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung verschiedener Faserstoffe einsetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Na-Polyacrylat als Binder nimmt und die Koazervation durch Ansäuern erfolgt.