DE1696188A1

DE1696188A1 - Komposition zum UEberziehen von Papier

Info

Publication number: DE1696188A1
Application number: DE1968E0035706
Authority: DE
Inventors: Windle William
Original assignee: English Clays Lovering Pochin Co Ltd
Current assignee: Imerys Minerals Ltd
Priority date: 1967-02-08
Filing date: 1968-02-06
Publication date: 1971-11-18
Also published as: FR1552716A; DE1696188C3; BE710543A; NL6801519A; SE350083B; LU55418A1; FI47401C; DE1696188B2; FI47401B; DK125604B; GB1210391A

Description

Komposition zum Überziehen von Papier

Die Erfindung bezieht sich auf das Überziehen von Papier mit einem Überzug, und sie betrifft insbesondere eine Papierüberzugskomposition zum Erzeugen eines mit einem Überzug versehenen Papiers, das eine matte Oberfläche aufweist.

Es werden bereits die verschiedensten Arten von mit Überzügen versehenen Papieren erzeugt. Gewöhnlich wird hierbei das Papier mit einer Komposition überzogen, die in manchen Fällen auch als "Streichfarbe" bezeichnet wird, und die im wesentlichen einen Klebstoff bzw. ein Bindemittel und ein Pigment enthält. Eine Beschreibung der Bestandteile von Papierüberzugs- ■ kompositionen und der Verfahren zum Aufbringen solcher Kompositionen auf Papier findet sich in Band III, Kapitel XIX der zweiten Auflage des Buchs von James P. Casey mit dem Titel "Pulp and Paper: Chemistry and Teohnology". Bei dem verwendeten Klebstoff kann es sich z.B. um Stärke oder Kasein oder ein synthetisches Gummilatex handeln; welcher Klebstoff jeweils verwendet wird, richtet sich fc.B. nach dem anzuwendenden Druckverfahren? beispielsweise muß beim Offsetlithographieverfahren der Klebstoff in Wasser unlöslich sein. Im allgemeinen handelt

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. es sich bei dem Pigment tun Ton als Hauptbestandteil aowieskiet-?υ nere Mengen von z.B. weniger als 20 Gewichtsprozent einesyoder" mehrerer anderer Bestandteile, z.B. von Calciumcarbonate !Lithopone, Bariumsulfat, Titanpigmente, Talkum oder "Satinweiß". Die Tone, die normalerweise zum Herstellen von Überzügen verwendet werden, enthalten mindestens 70 Gewichtsprozent an Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 0,002 mm, und obwohl bis zu etwa 15 Gewichtsprozent Calciumcarbenat - normalerweise in Form von ausgefälltem· Calciumcarbonat - verwendet werden, um die Kosten der Überzugskomposition

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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, selten unter 30 Glanzeinheiten nach Tappi. Die Überzugskomposition wird gewöhnlich in der Weise hergestellt, daß man das Pigment und den Klebstoff getrennt in Wasser dispergiert und die beiden Komponenten dann mischt. Dann wird die Überzugskomposition auf der Oberfläche des Papiers ausgebreitet, getrocknet und einer Nachbehandlung z.B. durch Kalandern bzw. Satinieren oder Appretieren usw. unterzogen. Die hauptsächlichen Eigenschaften von Papier, die durch Aufbringen eines Überzuges bzw. das Streichen beeinflußt werden, sind seine Glätte, sein Aufnahmevermögen für Druckfarbe und sein Glanas. Wenn z.B. eine Zeitschrift zahlreiche Anzeigen enthält, wird ein starker Glanz gewöhnlich als sehr erwünscht betrachtet, da er bei Halbtonbildern einen guten Kontrast 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

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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 nach Tapp!aufweist.

Nunmehr wurde festgestellt, daß man eine Papierüberzugskomposition mit guten Druckeigenschaften und matter Oberfläche herstellen kann, indem man als Pigment ein Gemisch verwendet, das einen grobkörnigen Ton und eine Tünche (whiting) aus natürlicher Kreide in bestimmten Mengenänteilen enthält. Genauer gesagt sieht die Erfindung eine Papierüberzugskomposition vor,, die eine Dispersion eines Pigments in einem wässerigen Medium umfaßt, das einen Klebstoff enthält, wobei das Pigment erstens einen Ton enthält, bei dem mindestens 50 Gewichtsprozent der Teilchen einen äquivalenten Kugeldurchmesser von höchstens 0,002 mm haben, und zweitens eine Aufschlämmung aus natürlicher Kreide, wobei dieser Bestandteil mindestens 25 Gewichtsprozent des Pigments ausmacht.

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 Aufschwemmung aus natürlicher Kreide besteht aus Caleitkristallen-irTJOrm von Teilchen, die im wesentlichen einen äquivalenten kugeldurchmesser im Bereich von 0,001 bis 0,005 mm haben und locker miteinander verbunden sindj eine solche Aufschwemmung ist von ausgefälltem Oalciumearbonat sowie von anderen Calciumearbonatquellen wie gemahlenem Kalkstein, Marmor oder Austernschalten zu unterscheiden. Die Caleitkristalle der natürlichen Kreide haben vorherrschend eine abgerundete Form, so daß bei einer Verwendung der Kreide bei einer Papi eruberzugskompo siti on ein größerer

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Anteil des auf das gestrichene Papier fallenden Lichtes diffus reflektiert wird als dann, wenn das Pigmeniyaie stärker gewinkelten Calciumcarbonatteilchen.enthält, die man z.B. beim Vermählen von Kalkstein ratfc erhält, und die einen größeren Anteil des einfallenden Lichtes auf regelmäßige Weise reflektieren. Somit führt die erfindungsgemäße Verwendung von natürlicher Kreide zu einer matteren Oberfläche als bei der Verwendung gleicher Mengen von Calciumearbonat. ■

Für die Erfindung ist es wesentlich, daß der bei der Überzugskomposition verwendete Tön ein grobkörniges Kaolin ist, das zu mindestens 50 Gewichtsprozent aus Teilchen besteht, die einen äquivalenten Kugeldurchmesser von nicht weniger als 0,002 mm haben. Vorzugsweise enthält der Ton bzw. das Kaolin 20 bis 50 Gewichtsprozent an Teilchen mit einem äquivelanten Kugeldurchmesser von weniger als 0,002 mm, 10 bis 25 Gewichtsprozent an Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurehmesser von mehi als 0,010 mm und nicht mehr als 0,03 Gewichtsprozent an Teilchen, die größer sind, als es der Lochweite eines Siebes Nr. 300 nach englischer Norm entspricht.

Zweckmäßig enthält das Pigment 50 bis 75 Gewichtsprozent natürliche Kreide als Weißmacher, und die natürliche Kreide wird vorzugsweise so gemahlen, daß sie 30 bis 80 Gewichtsprozent an Teilchen enthält, die einen äquivalenten Kugeldurehmesser von weniger als 0,002 mm haben.

Bei dem Klebstoff, der bei der erfindungsgemäßen Überzugskompoaition verwendet wird, kann es sich um einen Klebstoff bekannter Art handeln, z.B. um Stärke, Gelatine, Kasein oder ein synthetisches Gummilatex. Ferner ktenn die Überzugskomposition Zusatzstoff* bekannter Art enthalten. Die anteiligen Mengen des

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Klebstoffs und des Pigments und das Verhältnis der Brechungsindizes des Klebstoffs und des Pigments beeinflussen die optischen Eigenschaften des damit überzogenen Papiers, doch lassen sich die optimalen Mengen an Klebstoff und Pigment, die zu verwenden sind, wenn gemäß der Erfindung eine matte Oberfläche erzielt werden soll, leicht durch einfache Versuche sowie an Hand 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 mit nacheilender Streichklinge benutzt wurde, wie sie in dem britischen Patent 1 032 536 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/m . Bei jeder Komposition wurden als Klebstoff 17 Gewichtsteile Stärke bezogen auf das Gewicht des Pigments verwendet. Nach der Herstellung des Überzugs wurden verschiedene Eigenschaften des gestrichenen Papiers gemessen j die hierbei erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt« .

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	1	Tabelle	I	3	. 4	5
Beisp. Hr.	Grober Ton (1)	> 2	50?δ grob. Ton} 50$ natürl. Kreide	25$ grob. Ton; 75$ = natürl. Kreide	Natürl. Kreide
P igment	58	759& grob. Ton; 25$ natürl. Kreide (2)	62	64	65
Gesamtfest- s toffge halt, fc (3)	19	60	15	12	10
T.A.P.P.I. Glanzein heiten	26	17	28	29	30
K & U Far- aufnähme- fähigk. fo	33	27	83	107	137
I.G.T. Aufnahme- geschw. m/min	43,0	68	50,7	76,0	79,7
Mikro- k ontur- F arbprüf.	45,2

(T) Der grobe Ton bestand zu 45 Gewichtsprozent aus Teilehen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron und zu 15 Gewichtsprozent aus Teilchen mit einem Durchmesser von mehr als 10 Mikron.

(2.) Die natürliche Kreide enthielt 37 Gewichtsprozent Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron.

(3) Gesamtfeststoffgehalt in Prozent =

Gesamtgewicht der festen Stoffe -*—*-r· x. 10096

Gesamtgewicht der festen Stoffe + Vassergewicht ^

Man erkennt, daß bei einer Zunahme des Prozentsatzes an natürlicher Kreide in der Komposition die Viskosität der Überzugskomposition 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 Glana des Papiers» gemessen nach einem leichten Satinieren mit fünf Durchgängen bei einem. Druok von etwa 45 kg/cm bei Raumtemperatur fortschreitend·» abnahm. Ferner nahm

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die Aufnahmefähigkeit für Druckfarbe fortschreitend zu; auch die Bindungs£estigkeit, gemessen als die I.Gr.!.-Aufnahmegeschwindigkeit, erhöhte sich? dies bedeutet, daß man mit einer kleineren Klebstoffmenge auskommt, wenn eine bestimmte Bindungsfestigkeit erzielt werden soll. Die Mikrokontur-Druekfarbenprüfung 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 Überschuß an nicht saugfähiger Druckfarbe auf die Oberfläche des Papiers mit Hilfe eines stangenförmigen Werk-, zeugs 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 Obefflächenvertiefungen 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 würden mit verschiedenen Überzugskompositionen gemäß der folgenden Tabelle II 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 Klebstoff 10 Gewiehtsteile Stärke 'fviecoeol· 310) und ? Gewichtsteile des Styrol-Butadien-lateÄ Nr^ 636 (Hersteller Dow Chemical Co.

Ltd.) auf der Basis des Pigmentgewichtes verwendet. Nach dem

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Aufbringen eine β Überzugs mit einem Gewicht von 13,0 g/m.: v^urden verschiedene Eigenschaften des behandelten Papiers gemessen; die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

Beisp. Kr.	Y ⁶	t 7	t 8	I- 9	r ¹⁰
Pigment	Grober Ton	75$ grob. Ton;, 257" natürl. Krei de	50$ grob. Ton; 50?δ ηatari. Kreide	25f" grob. Ton; 75# natürl. Kreide	Natürl. Kreide
Gesamtfest- stoffge halt, $>	55	58	60	63	64
T. A.P.P.I. Glanzein- heiten	25	21	14	11	6
K & Ν Farb auf nahme- fähigk. $>	19,1	21,4	23,8	26,0	28,4
I.GMD. Aufnahme- geschw. m/min	103	118	130	142	154
Mikro- kontur- ¥ arbprüf.	49,5	55,6	61,8	, 67,7	73,2

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

Man erkennt, daß die Ergenisse der Versuche nach Tabelle II die gleiche Tendenz zeigen wie bei den Beispielen 1 bis 5, daß jedoch die Ersetzung eines Teils des Stärkeklebstoffs durch ein Styrol-Butadien-Latex die Glanzwerte, die I.G.T.-Aufnahmegeschwindigkeiten und die Werte der Mikrokonturfarbprüfung erhäht, während die K & N-Farbaufnahmefähigkeit im Vergleich

zu den Bogen zurückgeht, die nur mit Stärke als Klebstoff hergestellt wurden. 109847/140 1

Beispiele 11 bis 15

Papierbogen wurden mit verschiedenen Überzugskompositionen gemäß der folgenden Tabelle III überzogen, wobei die gleiche mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Vorrichtung mit nacheilender Klinge benutzt wurde j die Laufgeschwindigkeit des Papiers und das Gewicht der überzüge entsprachen wiederum den Angaben bezüglich der Beispiele 1 bis 10.

Bei jeder Komposition wurden als Klebstoff 17 Gewichtsteile Stärke auf der Basis des Pigmentgewichts 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 Gewichtsprozent Teilchen vorhanden waren, die einen äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 0,002 mm hatten, sowie 15 Gewichtsprozent Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von mehr als 0,010 mm. Die Kreide enthielt 37 Gewichtsprozent Teilchen mit einem äquivalenten Kugel durchmess er von weniger als 0,002 nun.

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-ΙΟ-Tabelle III

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Beisp. Nr.	\ ¹¹	\ ¹²	l· 13	14	\|. 15
Pigment	Grober Ton	75$ grob. Ton; 25$ natürl. Kreide	50# grob. ¹Oa; 50^ natürl. Kreide	25?δ grob. Ton; 75# natürl. Kreide	NatUrl. Kreide
Gresamtfest- stoffge halt, %	55	57	60	63	65
T.A.P.P.I. Glanzein heiten	16	13	11	10	10
K & E Farb- aufnahme- fähigk.. i>	27	29	30	30	30
I.G.T. Aufnahme- geschw. m/min	40	68	92	117	137
Mikro- kontur~ Farbpriif.	54,8	59,1	65,0	77,3	79,7

Man erkennt, daß die Wirkung der Verwendung eines gröberen Tons in Verbindung mit Kreide darin besteht, daß die Viskosität der Überzugskomposition erhöht wird, so daß es erforderlich ist, die Konzentration der feststoffe herabzusetzen, um zu gewährleisten, daß die Komposition genügend dünnflüssig ist, damit sie zum Streichen von Papier verwendet werden kann. Im Vergleich zu den bei der Verwendung eines weniger groben Tons erzielten Ergebnissen ergibt sich eine Steigerung der K & N-Farbaufnahmefähigkeit, der I. G.Tv-Aufnahmegeschwindigkeit und der mit Hilfe der Mikrokontur-^arbprÜfung gemessenen Rauhigkeit, während sich der Glanz des Papiers verringert.

Patentansprüche i

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Claims

Λ- -¹¹" 1696488

PATENTAN SP RÜCHE

1 . Papierüberzugskomposition, die eine Dispersion eines Pigments:in einem einen Klebstoff enthaltenden wässerigen Medium umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Pigment erstens einen. Ton umfaßt, bei dem mindestens 50 Gewichtsprozent der Teilchen einen äquivalenten Kugeldurchmesser von nicht weniger als 0,002 iBm haben, und zweitens als Weißmacher (whiting) eine natürliche Kreide, die mindestens 25 Gewichtsprozent des Pigments ausmacht.
2. Papierliberzugskompoaition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche Kreide zu 30 bis .80 Gewichtsprozent aus Teilchen besteht, die einen äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 0,002 mm haben.
3. Papierüberzugskomposition nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche Kreide 50 bis 75 Gewichtsprozent des Pigments bildet.

4* Papierüberzugskomposition nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ton 20 bis 50 Gewichtsprozent Teilchen enthält, die einen äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 0,002 mm haben, ferner 10 bis 25 Gewichtsprozent Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurohmesser von mehr als 0,010 mm und nicht mehr als 0,03 Gewichtsprozent Teilchen, die größer sind als es der Lochweite eines Siebes Nr. 300 nach englischer Norm entspricht·

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Der Patentanwalt