DE1696188C3

DE1696188C3 - Streichmasse zur Herstellung eines Papiers mit matter Oberfläche

Info

Publication number: DE1696188C3
Application number: DE1968E0035706
Authority: DE
Inventors: Windle St. Austell Cornwall William
Original assignee: English Clays Lovering Pochin & Co Ltd St Austell Cornwall Gb
Current assignee: English Clays Lovering Pochin & Co Ltd St Austell Cornwall Gb
Priority date: 1967-02-08
Filing date: 1968-02-06
Publication date: 1982-04-22
Also published as: DE1696188A1; SE350083B; BE710543A; GB1210391A; FR1552716A; DK125604B; FI47401C; FI47401B; LU55418A1; DE1696188B2; NL6801519A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Papiers mit matter Oberfläche.

Es werden bereits die verschiedensten Arten von mit Überzügen versehenen Papieren erzeugt. Gewöhnlich wird hierbei das Papier mit einer Streichmasse überzogen, die in manchen Fällen auch als »Streichfarbe« bezeichnet wird, und die im wesentlichen ein Bindemittel und ein Pigment enthält. Eine Beschreibung der Bestandteile von Papierstreichmassen und der Verfahren zum Aufbringen solcher Massen auf Papier findet sich in Band III, Kapitel XIX der zweiten Auflage des Buchs von James P. C a s e y mit dem Titel »Pulp and Paper: Chemistry and Technology«. Bei dem verwendeten Bindemittel kann es sich z. B. um Stärke oder Kasein oder einen synthetischen Gummilatex handeln; welches Bindemittel jeweils verwendet wird, richtet sich z. B. nach dem anzuwendenden Druckverfahren; beispielsweise muß beim Offsetlithographieverfahren das Bindemittel in Wasser unlöslich sein. Im allgemeinen handelt es sich bei dem Pigment um Ton als Hauptbestandteil sowie um kleinere Mengen von z. B. weniger als 20 Gew.-% eines oder mehrerer anderer Bestandteile, z. B. von Calciumcarbonat, Lithopone, Bariumsulfat, Titanpigmente, Talkum oder »Satinweiß«. Die Tone, die normalerweise zum Herstellen von Streichmassen verwendet werden, enthalten mindestens 70 Gew.-% an Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron. Obwohl bis zu etwa 15 Gew.-% Calciumcarbonat — normalerweise in Form von ausgefälltem Calciumcarbonat — verwendet werden, um die Kosten der Streichmasse zu verringern und die Aufnahmefähigkeit für Druckfarbe zu erhöhen, liegt der Glanz nach einem leichten Satinieren, z. B. nach fünf Durchgängen bei einem Druck von etwa 45 kg/cm, sehen unter 30 Glanzeinheiten nach T a ρ ρ i, Die Streichmasse wird gewöhnlich in der Weise hergestellt, daß man das Pigment und das Bindemittel getrennt in Wasser dispergiert und die p

beiden Komponenten dann mischt Dann wird die §j

Streichmasse auf der Oberfläche des Papiers ausgebrei-

tet, getrocknet und einer Nachbehandlung, z.B. durch Kalandern bzw. Satinieren oder Appretieren usw, unterzogen. Die hauptsächlichen Eigenschaften von Papier, die durch Aufbringen einer Streichmasse beeinflußt werden, sind seine Glätte, sein Aufnahmever mögen für Druckfarbe und sein Glanz. Wenn z. B. eine Zeitschrift zahlreiche Anzeigen enthält, wird ein starker Glanz gewöhnlich als sehr erwünscht betrachtet, da er bei Halbtonbildern einen guten Kontra: und ein gefälliges Aussehen liefert. In anderen Fällen dagegen,

z. B. wenn es sich bei dem gedruckten Material im wesentlichen um Schrift handelt, z. B. bei Schulbüchern, besteht ein Bedarf an gestrichenem Papier, das gut bedruckbar ist, jedoch eine matte Oberfläche aufweist um die Ermüdung der Augen beim Lesen zu verringern.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Ausdruck »matte Oberfläche« einen Überzug bezeichnet der einen Glanz von nicht mehr als 15 Einheiten nachTappi aufweist Nunmehr wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß man eine Streichmasse für Papier mit guten Druckeigenschaften und matter Oberfläche herstellen kann, indem man als Pigment ein Gemisch verwendet das aus einem grobkörnigen Ton und aus natürlicher Kreide in bestimmten Mengenanteilen besteht Genauer gesagt

.15 ist Gegenstand der Erfindung eine Streichmasse, die eine Dispersion eines Pigments in einem wäßrigen Medium umfaßt, das ein Bindemittel enthält wobei das Pigment erstens einen Ton enthält, bei dem mindesten? 50 Gew.-% der Teilchen einen äquivalenten Kugel durchmesser von nicht weniger als 2 Mikron haben, und zweitens eine Aufschlämmung aus natürlicher Kreide, wobei dieser Bestandteil mindestens 25 Gew.-% des Pigments ausmacht und wenigstens 30 Gew.-% an Teilchen enthält, die kleiner als 2 Mikron sind.

Der Ausdruck »Aufschlämmung aus natürlicher Kreide« bezeichnet hier das Material, das man durch Vermählen einer natürlich auftretenden Kreide erhält, die sich aus den Rückständen von Coccolithen zusammensetzt Eine solche Aufschlämmung aus natür licher Kreide besteht aus Calcitkristeilen in Form von Teilchen, die im wesentlichen einen äquivalenten Kcgeldurchmesser im Bereich von 1 bis 5 Mikron haben und locker miteinander verbunden sind. Eine solche Aufschwemmung unterscheidet sich in ihrer Wirkung als Bestandteil einer Streichmasse für Papier mit matter Oberfläche ganz wesentlich von ausgefälltem Calciumcarbonat sowie von anderen Calciumcarbonatquellen wie gemahlenem Kalkstein, Marmor oder Austernschalen. Die Calcitkristalle der natürlichen Kreide haben vorherrschend eine abgerundete Form, so daß bei einer Verwendung der Kreide bei einer Papierüberzugskomposition ein größerer Anteil des auf das gestrichene Papier fallenden Lichtes diffus reflektiert wird als dann, wenn das Pigment die stärker gewinkelten Calciumcar bonatteilchen enthält, die man z. B. beim Vermählen von Kalkstein erhält, und die einen größeren Anteil des einfallenden Lichtes auf regelmäßige Weise reflektieren. Damit führt die erfindungsgemäße Verwendung

von natürlicher Kreide zu einer matteren Oberfläche als bei der üblichen Verwendung gleicher Mengen von Calciumcarbonat

Die erfindungsgemäß auf der besonderen Struktur der natürlichen Kreide in Kombination mit Ton beruhende Wirkung war auch bei Kenntnis der Abhandlung über die Wirkung des Feinheitsgrades eines Streichtons auf den Glanz eines gestrichenen Papier (Casey, »Pulp and Paper«, Bd. III [1961], Seiten 1611 —13), nicht ohne weiteres zu erwarten. Ton und natürliche Kreide haben ganz unterschiedliche Kristallformen. So hat Ton monokline Kristallstruktur, die einzelnen Kristalle sind zu Gruppen in Form von hexagonalen Plättchen oder Scheibchen angeordnet Andererseits besteht natürliche Kreide aus Kalkspatteilchen, einem kubusähnlichen trigonalen System. Wie sich derart unterschiedliche Systeme in Form einer Pigmentmischung optisch verhalten wurden, war nicht ohne weiteres vorauszusehen.

Bei der erfindungsgemäßen Streichmasse ist es wesentlich, daß der verwendete Ton ein grobkörniges Kaolin ist, das zu mindestens 50 Gew.-% aus Teilchen besteht, die einen äquivalenten Kugeldurchmesser von nicht weniger als 2 Mikron haben. Vorzugsweise enthält der Ton bzw. das Kaolin 20 bis 50 Gew.-°/o an Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron, 10 bis 25 Gew.-% an Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von mehr als 10 Mikron und nicht mehr als 0,02 Gew.-°/o an Teilchen, die größer als 53 Mikron sind.

Zweckmäßig enthält das Pigment 50 bis 75 Gew.-% natürliche Kreide als Weißmacher. Die natürliche Kreide wird vorzugsweise so gemah>n, daß sie 30 bis 80

Tabelle I

Gew.-% an Teilchen enthält, die einen äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron haben.

Bei dem Bindemittel, das bei der erfindungsgemäßen Streichmasse verwendet wird, kann es sich um ein Bindemittel bekannter Art handeln, z. B. um Stärke, Gelatine, Kasein oder einen synthetischen Gummilatex. Ferner kann die Streichmasse Zusatzstoffe bekannter Art enthalten. Die anteiligen Mengen des Bindemittels und des Pigments und das Verhältnis der Brechungsindizes des Bindemittels und des Pigments beeinflussen die optischen Eigenschaften des damit überzogenen Papiers, doch lassen sich die optimalen Mengen an Bindemittel und Pigment, um eine matte Oberfläche zu erzielen, leicht durch einfache Versuche sowie anhand der folgenden Beispiele, welche die Erfindung veranschaulichen, ermitteln.

Beispiele 1 bis 5

Bogen aus Papier wurden mit verschiedenen Überzugskompositionen entsprechend der folgenden Tabelle I überzogen, wobei eine mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Streichvorrichtung mii nacheilender Streichklinge benutzt wurde, wie sie in dem britischen Patent 10 32 536 beschrieben ist; diese Vorrichtung arbeitete mit einer Durchlaufgeschwindigkeit des Papiers von etwa 460 m/min und erzeugte einen Überzug mit einem Gewicht von 13,0 g/n*. Bei jeder Komposition wurden als Bindemittel 17 Gewichtsteile Stärke, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Pigments, verwendet Nach der Herstellung des Überzugs wurden verschiedene Eigenschaften des gestrichenen Papiers gemessen; die hierbei erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt

	Beispiel Nr.	2	3	4	5
1	1
ι	Pigment	75% grob. Ton:	50% grob. Ton:	25% grob. Ton;	natürl.
i	grober	25% natürl.	50% natürl.	75% natürl.	Kreide
ä	Ton')	Kreide^)	Kreide	Kreide
I		60	62	64	65
I GesamtfeststoffgehaltJ) 1 (%) i T.A.P.P.I. Glanzeinheiten	58	17	15	12	10
; K & N Farbaufnahme-	19	27	28	29	30
i fähigkeit (%)	26
3 I.G.T. Aufnahmegeschw.		68	83	107	137
Ii m/min	33
Mikrokontur-Farbprüf.		45,2	50,7	76,0	79,7
43,0

') DergrobeTonbestandzu45Gew.-%ausTeilchen.mileinem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron und zu l5Gew.-% aus Teilchen mit einem Durchmesser von mehr als 10 Mikron.

^J) Die natürliche Kreide enthielt 37 Gew.-% Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron. J) Gesamtfeststoffgehalt in Prozent = Gesamtgewicht der festen Stoffe

Gesamtgewicht der festen Stoffe + Wassergewicht

■τ κ 100%.

Man erkennt, daß bei einer Zunahme des Prozentsatzes an natürlicher Kreide in der Komposition die Viskosität der Streichmasse abnahm und daß sie daher mit einem höheren Feststoffgehalt aufgetragen werden konnte. Ferner ist ersichtlich, daß bei einer Erhöhung des Prozentsatzes an natürlicher Kreide der Glanz des Papiers, gemessen nach einem leichten Satinieren mit fünf Durchgängen bei einem Druck von etwa 45 kg/cm bei Raumtemperatur, fortschreitend abnahm, Ferner nahm die Aufnahmefähigkeit für Druckfarbe fortschreitend zu; auch die Bindungsfestigkeit, gemessen als die I.G.T.-Aufnahmegeschwindigkeit, erhöhte sich; dies bedeutet, daß man mit einer kleineren Bindemittelmenge auskommt, wenn eine bestimmte Bindungsfestigkeit erzielt werden soll. Die Mikrokontur-Druckfarbenprüfung liefert ein Maß für die Glätte des Papiers; je höher

die Zahlen in der Tabelle I sind, desto weniger glatt bzw, desto rauher ist das Papier. Bei der Mikrokontur-Druckfarbenprüfung wird ein Oberschuß an nicht saugfähiger Druckfarbe auf die Oberfläche des Papiers mit Hilfe eines stangenförmigen Werkzeugs aufgetragen, so daß die Oberfläche vollständig bedeckt wird. Das mit der Druckfarbe versehene Papier wird dann mit einem weichen Lappen oder Watte abgewischt, wobei die Druckfarbe in allen etwa vorhandenen Oberflächenvertiefungen oder Unregelmäßigkeiten zurückbleibt Durch Messen der Helligkeit des eingefärbten Bogens im Vergleich zu einem nicht eingefärbten Bogen ist es möglich, einen Zahlenwert für die Rauhigkeit des Papiers zu erhalten. Die Ergebnisse der Prüfung repräsentieren den Helligkeitsunterschied zwischen dem nicht eingefärbten Bogen, dem der Wert 100,0 zugeordnet wird, und dem eingefärbten Bogen.

Beispiele 6 bis 10

Papierbogen wurden mit verschiedenen Übepuigskompositionen gemäß der folgenden Tabelle Il überzogen, wobei die gleiche mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Vorrichtung mit nacheilender Klinge benutzt wurde; die Laufgeschwindigkeit des Papiers betrug wiederum etwa 460 m/min. Bei jeder Komposition wurden als Bindemittel 10 Gewichtsteile einer

ίο oxydierten Stärke mit relativ niedriger Viskosität und 7 Gewichtsteile eines carboxylierten Styrol-Butadien-Latex, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Pigments, verwendet Nach dem Aufbringen eines Oberzugs mit einem Gewicht von 13,0 g/m² wurden verschiedene Eigenschaften des behandelten Papiers gemessen; die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt

Tabelle II

Beispiel Nr.	7	8	9	10
6
Pigment	75% grob. Ton;	30% grob. Ton;	25% grob. Ton;	r.itürl.
grober	25% natürl.	50% natürl.	75% natürl.	Kreide
Ton	Kreide	Kreide	Kreide

Gesamtfeststoffgehalt, % 55 58

TA.P.P.I. Glanzeinheiten 25 21

K & N Farbaufnahme- 19,1 21,4

fähigkeit, %

I.G.T. Aufnahmegeschw. 103 118
m/min

Mikrokontur-Farbprüf. 49,5 55,6

60
14
23,8

130
61,8

63
11
26,0

142
67,7

64
6
28,4

154
73,2

Bei dem groben Ton und der natürlichen Kreide handelte es sich um die gleiche Stoffe wie die bei den Beispielen 1 bis 5 verwendeten.

Man erkennt, daß die Ergebnisse der Versuche nach Tabelle II die gleiche Tendenz zeiger wie bei den Beispielen 1 bis 5, daß jedoch der Ersatz eines Teils des Stärkebindemittels durch einen Styrol-Butadien-Latex die Glanzwerte, die I.G.T.-Aufnahmegeschwindigkeiten und die Werte der Mikrokonturfarbprüfung erhöht, während die K & N-Farbaufnahmefähigkeit im Vergleich zu den Bogen zurückgeht, die nur mit Stärke als Bindemittel hergestellt wurden.

Beispiele 11 bis 15

Papierbogen wurden mit verschiedenen Überzugskompositionen gemäß der folgenden Tabelle III überzogen, wobei die gleiche mit hoher Geschwindig-

Tabelle III

keit arbeitende Vorrichtung mit nacheilender Klinge benutzt wurde; die Laufgeschwindigkeit des Papiers und das Gewicht der Überzüge entsprachen wiederum den -\ngaben bezüglich der Beispiele 1 bis 10.

Bei jeder Streichmasse wurden als Bindemittel 17 Gewichtsteile Stärke, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Pigments, verwendet. Nach dem Aufbringen der Überzüge wurden verschiedene eigenschaften des Papiers gemessen, wobei die in der folgenden Tabelle III zusammengestellten Ergebnisse erzielt wurden.

Bei diesen Beispielen besaß der grobe Ton eine solche Teilchengrößenverteilung, daß 33 Gew.-% Teilchen vorhanden waren, die einen äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron hatten, sowie 15 Gew.-% Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von mehr als 10 Mikron. Die Kreide enthielt 37 Gew.-% Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron.

Gesamtfeststoffgehalt, %
T.A.P.P.I. Glanzeinhiitcn

Beispiel Nr.
Il

Pigment

grober

Ton

55
16

12

75% grob. Ton: 25% natürl. Kreide

57

13

50% grob. Ton;
50% natürl
Kreide

60

25% grob. Ton-,
75% natürl.
Kreide

63
10

15

natürl.
Kreide

65
10

forisct/ung

limpid Nr.

M 12

I I

I¹"»

K & H Farbaufnahme-

fdhigkeil. %

IXi.T. Aufnahir.egeschw.

πΐΊΐιιη

Mikrokontur I .ιrbpnif.

LTolvi 75"'< > j!rol\ lon;

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Kreide		Kreiili·
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Man erkennt, daß die Wirkung der Verwendung eines iiröbcren Tuns in Verbindung mit Kreide darin besteht, «laß die Viskosität der I Iber/ugskoinposition erhöht wird, so daß es erforderlich ist. die Konzentration der lesistoffe herabzusetzen, um zu gewahrleisten, daß die K.ompijsi'ion genügend dünnflüssig ist. damit sie /ίι,ίι Streichen \<>n Papier verwendet werden kann. Im Vergleich /u den bei der Verwendung eines weniger groben Tons er/ielten Ergebnissen ergibt sich "mc Steigerung der K & H-Iarbaufnahmefahigkeit. der IXi.T.-Aufnahmegcschwindigkcit und der mil Mille der Mikrokontur-Farbpriifung gemessenen Rauhigkeit. \\ iihrend sich iler C j lan/ des Papiers verringert

Claims

Patentansprüche:

1. Streichmasse zur Herstellung eines Papiers mit matter Oberfläche, bestehend aus der Dispersion eines Ton und Calciumcarbonate enthaltenden Pigments in einem Bindemittel enthaltenden wäßrigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 50 Gew.-% der Teilchen des Tons einen äquivalenten Kugeldurchmesser von nicht weniger als 2 Mikron haben und das Calciumcarbonat aus natürlicher Kreide besteht, die mindestens 25 Gew.-% des Pigments ausmacht und wenigstens 30 Gew.-% an Teilchen enthält, die kleiner als 2 Mikron sind.

2. Streichmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche Kreide zu 30 bis 80 Gew.-°/o aus Teilchen besteht, die einen äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron haben.

3. Streichmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche Kreide 50 bis 75 Gew.-% des Pigments bildet.

4. Streichmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ton 20 bis 50 Gew.-% Teilchen, die einen äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron haben, ferner 10 bis 25 Gew.-°/o Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von mehr als 10 Mikron und nicht mehr als 0,03 Gew.-% Teilchen, die größer als 53 Mikron sind, enthält