DE2100481A1

DE2100481A1 - Wässrige Streichfarbe

Info

Publication number: DE2100481A1
Application number: DE19712100481
Authority: DE
Inventors: David Osher Windybush Wilmington Del. Barlow (V St.A.). C09d 3-80
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1970-01-07
Filing date: 1971-01-07
Publication date: 1971-07-15
Also published as: CA928880A; GB1332993A; JPS5521054B1; US3647528A; FR2075305A5

Description

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19 898, V.St.A.

Wässrige Streichfarbe

Die Erfindung "bezieht sich auf verbesserte Streichfarben, die Polyvinylalkohol als Pigiuentbindemittel enthalten. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung von besonderen. Arten von Polyvinylalkohol zur Herstellung von Streichfarben mit verbesserten rheologischen Eigenschaften. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung solcher Polyvinylalkohole bei einem verbesserten Verfahren zum Auftragen von Streichfarben-auf Celluloseträger, und sohliesslich bezieht sich die Erfindung auf die so erhaltenen, beschichteten Celluloseträger.

Im letzten Jahrzehnt ist der Verbrauch an Polyvinylalkohol ständig gestiegen. Dies beruht zum grossen Teil darauf, dass man in grossem Umfange dazu übergegangen ist, in der Papierindustrie Polyvinylalkohol als Ersatz für Naturstoffe oder nicht-synthetische Stoffe, wie Stärke, Casein, Sojaprotein und dergleichen» zu verwenden. Polyvinylalkohol hat sich als

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sehr wirksamer Oberflächenleim für Celluloseträger, wie Papier und Pappe, erwiesen und bildet einen für Fett undurchlässigen Überzug. Ferner ist Polyvinylalkohol auch bereits verwendet worden, um die Nass- und Trookenfestigkeit von CeI-luloseträgern zu verbessern. Eine umfangreiche Verwendung von Polyvinylalkohol für andere als Spezialzwecke war jedoch bisher beschränkt. Die Verwendung von Polyvinylalkohol als Bindemittel in Streichfarben würde eine bedeutende Abweichung von den bisherigen Spezialanwendungszwecken bedeuten und zu einem erheblich höheren Absatz von Polyvinylalkohol führen·

Obwohl man Polyvinylalkohol bereits verschiedentlich als Bindemittel für Streichfarben in Betracht gezogen hat, hat man ' dieser Verwendung erst in neuester Zeit grössere Beachtung geschenkt.

In der USA-Patentschrift 3 298 987 sind Streichfarben be-Bchrieben, die als Bindemittel Polyvinylalkohol zusammen mit einer Dispersion eines synthetischen Polymerisats, ausserdem Glyoxal und einen Füllstoff, wie Ton, enthalten. Die Patentschrift gibt an, dass der als Bindemittel geeignete Polyvinylalkohol zu 55 bis iÖO i» hydrolysiert sein und in Form einer wässrigen lösung bei 20° C eine Viscosität im Bereich von et-, wa 2 bis 150 Centipoise (cP) haben kann. Es wird angegeben, dass der bevorzugte Polyvinylalkohol hochgradig hydrolysiert ist und eine mittlere Visoosität von 20 bis 40 cP hat. In einer Arbeit," betitelt "The Use of Polyvinyl Alcohol as a Color Coating Adhesive", veröffentlicht in TAPPI, Band 44, Nr. 11, Seite 818 (November 1961), weisen Colgan und Mitarbeiter (Inhaber des USA-Patents 3 298 987) darauf hin, dass Polyvinylalkoholfarben "rheologische Eigenschaften aufweisen, die je nach dem Feststoffgehalt für Newtonsche und bei Scherung dünner werdende Flüssigkeiten typisch sind, und daes die Beziehung zwischen Feetstoffgehalt und Viscosität bei diesen Farben in Anbetracht des niedrigen Bindemittelbedarfs ähnlich ist wie bei Farben, die aus den mehr typischen technischen

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Bindemitteln hergestellt werden"· Der Hauptvorteil der Polyvinylalkohol streichfarben ist, wie in der oben genannten Patentschrift ausgeführt wird, ihre Fähigkeit, glatt und gleiohmässig zu fliessen, so dass sie sich auf eine Cellulose bahn mit so hohen Geschwindigkeiten auftragen lassen, wie sie für die Wirtschaftlichkeit der üblichen Beschichtungsverfahren erforderlich sind.

Auch-in der-oanadischen Patentschrift 794 420 sind Streichfarben beschrieben, die Polyvinylalkohol als Bindemittel enthalten. Um die in der Patentschrift angegebenen Vorteile zu erzielen, soll eine besondere Polyvinylalkoholsorte verwendet werden. Dieser Polyvinylalkohol soll eine Spezialsorte darstellen, die sich dadurch kennzeichnet, dass sie 3 bis 7 Mol-Prozent Acetylgruppen enthält, was einem Hydrolysegrad von 97 bis 93 $ entspricht, und einen Polymerisationsgräd von etwa 700 bis 1300 aufweist. Dieser Polymerisationsgrad soll der mittlere Polymerisationsgrad sein, der aus der Intrinsic-Viscosität des Polyvinylalkohole berechnet wird; allerdings ist in der Patentschrift keine Methode für diese Berechnung angegeben. Die Patentschrift besagt, dass eine wässrige, pigmentierte Masse, die diese besondere Sorte von Polyvinylalkohol enthält, alterungsbeständig sein kann, ohne dass es zur Koagulation oder Gelbildung kommt, eine ausgezeichnete Streichbarkeit auf Papier aufweisen kann und eine glatte, glänzende, musterfreie, feuchtigkeits- oder wasserbeständige, rupffeste und erfolgreich bedruckbare, beschichtete Oberfläehe ergeben kann, die keine Verfärbung aufweist, und von der sich die Streichschicht nioht ablöst.

Die britische Patentschrift 1 111 954 beschreibt eine Pigments tr ei chinas se für Papier, die aus einem Pigment, wie Ton, einem Dispergiermittel, wie Natriumhexametaphosphat, Polyvinylalkohol als Bindemittel und einem Hilfsbindemittel oder Klebstoff in Form einer Dispersion, wie eines Styrol-Butadien-Latex, besteht. Die Patentschrift sagt, dass ein Mit-

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tel zum Modifizieren des lliessens, wie Carboxymethylcellulo-Be, die normalerweise beim Streichen von Papier mit Farben angewandt wird, um eine gleichmässige und ebene gestrichene Oberfläche zu gewährleisten, bei Verwendung von Polyvinylalkohol mit einem Polymerisationsgrad von weniger als 1200 als Pigmentbindemittel in Kombination mit einem Latex -als Hilfsklebmittel fortgelassen werden kann. Der letztgenannte Bestandteil wird als wesentlicher Bestandteil der Zusammensetzung gemäss der genannten Patentschrift bezeichnet, und seine Anwesenheit wird als notwendig beschrieben, um die durch den geringeren Polymerisationsgrad des als Pigmentbindemittel verwendeten Polyvinylalkohole bedingte Verminderung der Haftfestigkeit auszugleichen.

Obwohl der durch die obigen Patentschriften ausgewiesene Stand _% der Technik zeigt, dass man den Wert von Polyvinylalkohol als Pigmentbindemittel in Streichfarben bereits erkannt hat, ist es nicht gelungen, mit der verbesserten Leistungsfähigkeit der mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Maschinen bei der Papierherstellung Schritt zu halten. Bei der wirtschaftlichen Betriebsweise solcher Maschinen werden die Streichfarben auf Celluloseträger bei sehr hohen Scherungskoeffizienten aufgetragen, deren Grenzen im wesentlichen durch das Auftreten von dilatantem Fliessen, d.h. einer Viscositätszunahme mit Erhöhung des Scherungskoeffizienten, bestimmt werden. Die Dilatanz äusser.t sich in einer Verdickung der Streichfarben mit steigendem Scherungskoeffizienten und ist wegen der sich daraus ergebenden Unglelchmässigkeit in den Besohiohtungseigenschaften unerwünscht.

Bs besteht daher ein starkes Bedürfnis nach Streichfarben, die Polyvinylalkohol als Pigmentbindemittel enthalten, verbesserte rheologische Eigenschaften aufweisen und imstande sind, sioh wie ein pseudoplastisohes System zu verhalten, d.h. eine bei Erhöhung des Scherungskoeffizienten abnehmende Visoosität aufzuweisen*

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(a) Die Erfindung bezieht sich auf einen trockenen, wasserlöslichen Polyvinylalkohol, gekennzeichnet durch einen Hydrolysegrad von mindestens etwa 99 # und eine an einer 4-prozentigen wässrigen lösung "bei 20° C bestimmte Viscosität im Bereich von etwa 7,5 bis 16 cP, der sich zur Verwendung als einziges Pigmentbindemittel in wässrigen Streichfarben eignet, die sich durch pseudoplastisches Fliessen bei Scherungskoeffi-

5 —1 zienten in der Grössenordnung von 10 Sek. kennzeichnen.

(b) Die Erfindung betrifft ferner eine wässrige Lösung eines wasserlöslichen Polyvinylalkohole, der sich durch einen Hydrolysegrad von mindestens etwa 99^! fi und eine an einer 4-prozentigen wässrigen Lösung bei 20° G bestimmte Viscosität im Bereich von etwa 7,5 bis 16 cP kennzeichnet und sich zur Verwendung als alleiniges Pigmentbindemittel in wässrigen Streichfarben eignet, die durch pseudoplastisches Fliessen bei ScherungBkoeffizienten in der Grössenordnung von 10 Sek. gekennzeichnet sind.

(c) Ferner betrifft die Erfindung eine wässrige Streichfarbe auf der Basis eines Pigments und eines Polyvinylalkohole als Bindemittel, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der wasserlösliche Polyvinylalkohol einen Hydrolysegrad von mindestens etwa 99 Ί» und eine an einer 4-prozentigen wässrigen LÖBung bei 20° 0 bestimmte Viscosität im Bereich von etwa

73. 16'cP aufweist und sich als alleiniges Pigmentbindemittel in wässrigen Streichfarben eignet, die sich durch * pseudoplastisches Fliessen bei Scherungskoeffizienten in der Grössenordnung von 10 Sek." kennzeichnen.

(d) Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Verbessern der Theologischen Eigenschaften von wässrigen Streichfarben auf der Basis eines Pigments und eines Polyvinylalkohole als Bindemittel, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man als Bindemittel einen Polyvinylalkohol Verwendet, dessen 4-prozentige wässrige Lösung bei 20° 0 eine Visoosität

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im Bereich von etwa 7,5 bis 16 cP aufweist.

(e) Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Auftragen von Streichfarben auf der Basis von Ton als Pigment und Polyvinylalkohol als Bindemittel auf einen Celluloseträger bei einem Scherungskoeffizienten von mindestens

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10 Sek. , welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man als Bindemittel einen Polyvinylalkohol verwendet, dessen 4-prozentige wässrige Lösung bei 20° 0 eine Visoosität von etwa 7,5 bis 16 cP aufweist.

(f) Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein mit ¹ Streichfarbe beschichteter Celluloseträger, bei dem die Streichfarbe ausser einem Pigment einen vollständig hydrolysierten Polyvinylalkohol, dessen 4— prozentige wässrige Lösung bei 20° C eine Viscosität im Bereich von etwa 7,5 bis 16 cP hat, als Bindemittel aufweist und kein Mittel zum Modifizieren des KLiessens sowie keine anderen Bindemittel als den Polyvinylalkohol enthält.

Die Erfindung beruht zum Teil auf der Erkenntnis, dass der Übergang von wässrigen Polyvinylalkoholstreichfarben von pseudoplastischem zu dilatantem Pliessen auf höhere Scherungskoeffizienten ausgedehnt werden kann, wenn man einen vollständig hydrolysierten Polyvinylalkohol verwendet, der sich durch eine an einer 4-prozentigen wässrigen Lösung bei 20° G bestimmte Viscosi'tät im Bereich von 7,5 bis 16 oP kennzeichnet.

Der Erfindungsgedanke erstreckt sich auch auf die Anwendung höherer Peststoffgehalte in wässrigen Streichfarben, die einen vollständig hydrolysierten Polyvinylalkohol enthalten, der sich durch eine an einer 4-prozentigen wässrigen Lösung bei 20° C bestimmte Viscosität im Bereich von 7,5 bis 16 oP kennzeichnet.

Die zur weiteren Erläuterung der Erfindung beigefügte Zeichnung ist ein doppeltlogarithmisches Diagramm der Beziehung

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zwischen der Viscosität und dem Soherungskoeffizienten für Streichfarben gemäss der Erfindung mit der Viscosität des Polyvinylalkohole (bestimmt an einer 4-prozentigen wässrigen LÖBung bei 20° 0) als einem Parameter. *

Polyvinylalkohol wird bekanntlich durch Alkoholyse, Verseifung oder Hydrolyse eines Polyvinylesters, wie Polyvinylacetat, hergestellt, wobei mindestens etwa 70 $> der Estergruppen in Hydroxylgruppen übergeführt werden. Der Grad, zu dem diese Umwandlung stattfindet, wird gewöhnlich als Hydrolysegrad bezeichnet und häufig als prozentuale Hydrolyse ausgedrückt. Ein Polyvinylalkohol, der zu 99 his 100 # hydrolysiert ist, d.h., bei dem 99 bis 100 fo der Estergruppen in Hydroxylgruppen tibergeführt worden sind, wird im allgemeinen Λ als vollständig hydrolysierter Polyvinylalkohol bezeichnet, während ein Polyvinylalkohol, der zu einem geringeren Grad hydrolysiert ist, als teilweise hydrolysierter Polyvinylalkohol bezeichnet wird. Im Handel sind Polyvinylalkohole verschiedener Hydrolysegrade mit hoher, mittlerer und niedriger Viscosität erhältlich. Die Viscosität des Polyvinylalkohole hängt von dem Polymerisationsgrad des Polyvinylesters ab, aus dem der Polyvinylalkohol hergestellt worden ist (je höher der Polymerisationsgrad des Ausgangsesters ist, desto höher ist die Viscosität des Polyvinylalkohols).

Im allgemeinen kann man alle im Handel erhältlichen Polyvinylalkohole, also die vollständig und die teilweise hydro- J lysierten Polyvinylalkohole von hoher, niedriger und mittlerer Viscosität, als Pigmentbindemittel für Streichfarben verwenden. Die USA-Patentschrift 3 298 987 empfiehlt die Verwendung von Polyvinylalkoholsorten mit Hydrolysegraden von .55 bis 100 io und Viscositäten von 2 bis 150 cP, bestimmt an einer 4-prozentigen wässrigen Lösung bei 20° C. Man hat zwar .bereits erkannt, dass für besondere Anwendungszwecke Polyvinylalkohole von besonderen Viscositäten oder besonderen Hydrolysegraden erforderlich sein können; es gibt jedoch bisher

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noch keine klare Anweisung, die sich auf die Anwendung für Streichfarben bezieht, bei deren Auftragen sehr hohe Scherungsko
treten.

rungskoeffizienten in der Grössenordnung von 10 Sek. auf-

Es wurde gefunden, dass die wirtschaftlichen Möglichkeiten, .die die neueren, mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Papiermaschinen bieten, bei Verwendung der herkömmlichen technischen Bindemittel, wie der natürlichen oder nicht-synthetischen Bindemittel, wie Stärke, nioht voll ausgenutzt werden können. Andererseits hat man bisher nicht erkannt, dass durch die Verwendung eines synthetischen Bindemittels, wie Polyvinylalkohol,, in Streichfarben eine bedeutende Verbesserung der Theologischen Eigenschaften erzielt werden kann. Die USA-Patentschrift 3 298 987 erwähnt nur, dass die darin als Bin- , demittel erwähnten Polyvinylalkohole rheologische Eigenschaften haben, die für Newtonsche und bei Scherung dünner werdende Flüssigkeiten charakteristisch sind, und eine ähnliche Beziehung zwischen Feststoffgehalt und Viscosität aufweisen wie die mit den herkömmlichen Bindemitteln hergestellten Streichfarben. Der Patentschrift ist jedoch nicht die Erkenntnis zu entnehmen, dass ein bestimmtes Bindemittel in bezug auf die Rheologie der daraus hergestellten Streichfarben atypisoh ist. Auch die oanadische Patentschrift 794 420 und die britische Patentschrift 1 111 954 enthalten keine Angaben über den Einfluss des Polyvinylalkohole auf die Rheologie von Streionfarben.

Im Verlaufe der Forschungsarbeiten, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, wurde gefunden, dass die rheologisohen Eigenschaften von Streichfarben sich bedeutend verbessern lassen, wenn man als einziges Pigmentbindemittel einen Polyvinylalkohol verwendet, dessen Visoosität, bestimmt an einer 4-prozentigen wässrigen Lösung bei 20° C, in dem sehr engen Bereioh von 7,5 bis 16 cP, vorzugsweise von 10 bis 14 cP, liegt. Insbesondere wurde gefunden, dass diese Polyvinylalko-

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hole als einziges Pigmentbindemittel in Streichfarben zum Beschichten von Celluloseträgern, wie Papierbahnen, mit sehr hohen Geschwindigkeiten verwendet werden können, bei denen der Scherungakoeffizient der Streichfarben die Grössenordnung

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von 10 Sek. hat· Die erfindungsgemäss verwendeten Polyvinylalkohole bieten den besonderen Vorteil, dass der Scherungskoeffizient, bei dem der Übergang vom pseudoplastischen zum dilatanten Fliessen auftritt, bedeutend heraufgesetzt wird. Diese Steigerung entspricht einer vollen Zehnerpotenz, da die gegenwärtig in der Papierindustrie verwendeten Streichfarben schon bei Scherungskoeffizienten in der Grössenordnung von 10 Sek." dilatantes Fliessen zeigen. Diese Erhöhung auf

5-1 M einen Scherungskoeffizienten von mehr als 1,1 χ 10^ Sek. % lässt sich bei den neuzeitlichen, mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Maschinen zu einem praktischeren Streichvorgang ausnutzen· Da andererseits die Dilatanz eine Funktion des Feststoff gehalts der Streichfarben ist, ermöglicht die Erfindung die Anwendung höherer Feststoffgehalte, was wiederum zu Einsparungen im Trocknungsverfahren und in der Ausrüstung führt.

Bei der Herstellung von beschichteten Gellulosebahnen, z.B. gestrichenen Papierbahnen, ist es üblich, ein Gemisch aus Wasser und einem Pigment, wie Ton oder dergleichen, mitunter zusammen mit anderen Stoffen, wie z.B. einem löslichen Pyro- j phosphat, das als Dispergier- und Stabilisiermittel wirkt, ⁵ " herzustellen. Dieses Gemisch, das gewöhnlich als "Pigmenteohlioker" oder, da es gewöhnlich Ton enthält, als "Tonschlicker¹* bezeichnet wird, wird dann mit einem Binde- oder Klebmittel zu einer Masse vermischt, die in der Technik als "Streichfarbe" bezeichnet wird und sich zum Beschichten von Celluloseträgern, wie Papier- oder Pappbahnen, eignet. Das Bindemittel wird in erheblichen Mengen angewandt, und diese Mengen sind, je nach der Zusammensetzung und den Eigensohaf- ten des Bindemittels, von grosser Bedeutung für die Eigen-

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schäften der fertigen gestrichenen Bahn. Es ist wesentlich, dass das Bindemittel der Streichfarbe oder der fertigen, gestrichenen Bahn eine hochgradige Helligkeit, Glätte und hohen Glanz sowie eine gute Oberfläche und einen guten Griff nach dem Kalandern verleiht. Ausser diesen grundlegenden Eigenschaften, die für Strichaufträge erforderlich sind, gibt es noch verschiedene andere erwünschte Eigenschaften; zum Beispiel muss die Streichfarbe glatt und gleichmässig fliessen, "damit sie sich auf die Cellulosebahn mit so hoher Geschwindigkeit auftragen lässt, dass die herkömmlichen Beschichtungsverfahren wirtschaftlich durchgeführt werden können, und der Überzug muss eine hohe Festigkeit aufweisen, damit sich das gestrichene Papier ohne "Rupfen" bedrucken lässt.

Das bevorzugte Pigment des zur Herstellung der Streichfarben gemäss der Erfindung verwendeten Schlickers ist Ton. Man kann alle für die Beschichtung von Papier üblichen Tone, wie wasserhaltige Aluminiumsilicate vom Kaolintyp und hydratisierte Kieselsäuretone, verwenden.

Ausser Ton selbst können auch andere Papierfüllstoffe, wie z.B. Calciumsulfat, Titandioxid, Bariumsulfat, Lithopone, Zinksulfid, Zinkoxid und andere Streichpigmente in verschiedenen Mengen, z.B. bis zu 50 Gewichtsprozent des Tons, verwendet werden. Wie bereits erwähnt, kann der Schlicker auch ein Dispergier- oder Stabilisiermittel, wie Tetranatriumpyrophos- W phat, in geringen Mengen, z.B. von 0,1 bis 0,50 ?£, enthalten. Die Modifizierung der Streichfarben mit Hilfe dieser Stoffe ist dem Fachmann geläufig.

Die Streichmassen, d.h. die "Farben", gemäss der Erfindung können nach verschiedenen Methoden hergestellt werden. Die übliche Methode besteht darin, dass man den Polyvinylalkohol in Wasser löst und diese Lösung mit dem Pigmentsohlioker vereinigt.

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Polyvinylalkohollösungen können durch Zusatz von trockenem . Polyvinylalkohol zu Wasser hergestellt werden, wobei das Wasser gut gerührt wird. Dann kann man das Ganze auf 93° 0 erhitzen und so lange, z.B. 20 bis 30 Hinuten, auf dieser Temperatur halten, bis der Polyvinylalkohol in Lösung gegangen ist.

Die noch warme PolyvinylalkohollÖsung wird mit dem Tonschlicker vereinigt. Mitunter kann es bei der Herstellung der farben zu einem "Pigmentschock" kommen. Diese Gefahr kann auf ein Minimum beschränkt werden, indem man eine PolyvinylalkohollÖsung von dem praktisch niedrigstmöglichen Feststoffgehalt verwendet, den Schlicker mit der Lösung vereinigt, während die ^ letztere noch heisa ist, den Schlicker zu der Polyvinylalko- f| hollösung zusetzt (nicht umgekehrt), und zu der PolyvinylalkohollÖsung etwas Tetranatriumpyrophosphat zusetzt; alle diese Massnahmen sind jedoch nicht unbedingt erforderlich. Eine andere Methode, um einen Sohock zu verhindern, ist der Zusatz, von oberflächenaktiven Mitteln zur PolyvinylalkohollÖsung·

Die relativen Mengenanteile der verschiedenen Bestandteile der Streichfarbe gemäss der Erfindung können nach den jeweiligen Erfordernissen variieren; in allen Fällen bildet jedoch der Polyvinylalkohol das einzige Bindemittel für den Ton oder den sonstigen Füllstoff, und die Streichfarbe enthält im übrigen weder ein Mittel zum Modifizieren des Flieesens noch andere , Bindemittel. Im allgemeinen haben die Streichfarben gemäse der * Erfindung die folgende Zusammensetzung:

Bestandteil Gewichtsteile

Pigment (z.B. Ton) 100 - - '

Dispergiermittel biß 0,5

Polyvinylalkohol (mit einer an . '

,einer 4-prozentigen wässrigen
Lösung bei 20° C bestimmten
ViBOoaität ,von 7,5 bis 16 oP,
vorzugsweise von 12 bis H oP) 3 bis 12

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Bestandteil Gewichtsteile

Wasser Die für einen Feststoff-

gehalt von 35 bis 60 Gew.-?6 erforderliche Menge.

-Zur Erzielung der besten Ergebnisse beim Streichen von Papier oder Pappe stellt man vorzugsweise eine Streichfarbe mit einem verhältnismässig hohen Gesamtfeststoffgehalt her, weil dadurch eine gute Beschaffenheit des Oberflächenüberzuges und eine wirtschaftliche Arbeitsweise erzielt wird. Geeignete Gesamtfeststoffgehalte der Streichfarben liegen im Bereich von etwa 35 bis 60 $ Feststoffen; ein bevorzugter Bereich liegt zwischen etwa 45 und 55 ?&. Eine Streichfarbe, die die angegebenen Mengen an Gesamtfeststoffen und Polyvinylalkohol im Sinne der Erfindung als Bindemittel enthält, kennzeichnet eich dadurch, dass sie sich leicht auf die Oberfläche von Papier auftragen lässt und darauf einen hochgradig widerstandsfähigen Überzug bildet. Bei Verwendung der Streichfarben gemäss der Erfindung erhält man ein mit einem Pigment gestrichenes Papier, das sioh sehr gut zum Bedrucken, besonders in der Druckerpresse, eignet und gegen Beschädigung des Pigmentbelages durch Reiben, Rupfen und dergleichen widerstandsfähig ist.

Die erfindungsgemäss verbesserten Streichfarben werden auf die zu streichende Faserstoffbahn auf beliebige geeignete Art aufgetragen. Vorzugsweise werden sie jedooh mittels einer Streichmaschine aufgetragen, die als "Rückmesser-Streiohmasohine" (trailing blade coater) bezeichnet wird, und bei der sich in einer Mulde zwischen der Leitwalze, um die das Papier herumläuft, und einem biegsamen Messer ein Vorrat von Streichmasse befindet und ein Ende des biegsamen Messers dicht bis an das Papier auf der Leitwalee reicht und die Streichmasse dem Papier zuteilt.

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Die Streichmasse arbeitet zufriedenstellend auf Walzenauftragmasohinen, Luftrakel-Auftragraaschinen und MesBerauftragmasohinen, und in den letzteren Fällen werden Geschwindigkeiten von mehr als 600 m/Min, erreicht. Bs sind auoh andere Arten von Trookensystemen geeignet.

Beispiel 1

Es wird ein Plgmentschlicker hergestellt, der 150 Teile Streichton Nr. 2, 64 Teile Wasser und 0,2 Teile Tetranatriumpyrophosphat enthält. Das Gemisch wird 30 Minuten in einer Mischvorrichtung von hohem Scherungsgrad gemischt. Dieser 70-prozentige Pigmentschlicker wird mit 42 Teilen Wasser und 9 Teilen Polyvinylalkohol versetzt. Der Polyvinylalkohol hat JJ eine Viscosität-(bestimmt an einer 4-prozentigen wässrigen Lösung "bei 20° C) im Bereich von 7,5 bis 30 cP. Alle Polyvinylalkoholsorten' sind vollständig hydrolysiert und enthalten weniger als 1,5 Ί» restliche Acetatgruppen. Daa Gemisch wird unter Rühren auf 88° G erhitzt. ITaoh 30 Minuten werden die Streichfarben auf 52° 0 gekühlt und auf beide Seiten eines Papiers mit einem Flächengewicht von 12,7 kg/306,57 m aufgetragen. Das Flächengewicht des aufgetragenen Überzuges beträgt 3,18 kg/306,57 m . Das gestrichene Papier wird bei einem Druck von 196,5 kg/cm und einer Temperatur von 79»5° 0 hochgradig satiniert.

Die Beziehung zwischen Viscosität und Scherungskoeffizient f für die in diesem Beispiel verwendeten Polyvinylalkoholsorten wird mit dem Kapillar-Auspressviscosimeter bestimmt. Die Kurven der Abbildung beziehen sich, auf Streichfarben, die diese verschiedenen Polyvinylalkoholsorten jeweils als einziges Bindemittel in der pigmentierten Streichmasse enthalten. Aus diesen Kurven ist ersichtlich, dass Streichfarben, bei denen der Polyvinylalkohol in 4-prozentiger Lösung Viscositäten von 17 cP und darüber hat, bei Soherungskoeffizienten von nioht

I 5 —1 mehr als 1,1 χ 10 Sek. dilatant werden.

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Das Verhalten dieser Überzüge nach dem Aufstreichen auf Papier ergibt sich aus der nachstehenden Tabelle. Der Wachsrupfwert nach Dennison wird in der genormten Weise bestimmt und liefert ein Mass für die Festigkeit des Strichauftrags auf dem Papier, wobei ein Wert von 8 oder mehr eine gute Bindungsfestigkeit anzeigt.

Die Bedruckbarkeit des gestrichenen Papiers hängt von dem Grad ab, zu dem die Druckfarbe auf der Oberfläche des gestrichenen Papiers zurückgehalten wird. Dieser Grad des Zurückhaltens kann nach zwei Prüfmethoden bestimmt werden. Nach der ersten Methode misst man den Widerstand des Papiers gegen die Druckfarbe, und dieser Wert wird als "?£ K&N" angegeben. Dieser Versuch gibt die Absorptionsgeschwindigkeit der Druckfarbe an der Oberfläche des Papiers an. Die Bestimmung erfolgt nach der TAPPI-Routinekontrollmethode RC-19· Die angegebenen prozentualen K&N-Werte beziehen sich auf die prozentuale Beibehaltung der Helligkeit der angefärbten Fläche, die in direkter Beziehung zu dem Verbleiben der Druckfarbe steht, wobei der geringste, noch annehmbare Wert 55 beträgt. Das zweite Prüfverfahren zum Bestimmen der Bedruckbarkeit wird als "gloss ink hold-out test" bezeichnet und bestimmt das Ausmass, zu dem eine Druckfarbe auf der bedruckten Oberfläche verbleibt. Die Messung erfolgt durch Auftragen einer Prüf-Glanzdruckfarbe ("Orange Gloss Testing Ink" der International . Printing Ink Go.) auf einen Probestreifen aus gestrichenem Papier unter Verwendung des IGT-Bedruckbarkeitsprüfgeräts. Man lässt den Druckfarbenfilm trooknen und bestimmt den spiegelnden Glanz bei 75°, und dieser Wert wird mit dem ursprünglichen Glanz des Blattes verglichen.

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Bewertung von gestrichenem Papier

Visoosität* des Polyvinylalko hole, cP	Wachsrupf wert nach Dennison	*i K&N**	Verbleibender Druckfarben glanz, i»
30	8	63,1 ,	172
19	8	61,7	' 148
17	8	61,7	139
12	8	58,9	121
7,5	7	56,2	82

* bestimmt an einer 4-prozentigen wässrigen Lösung bei 20° 0·

Beispiel

Eine 37,85 1 fassende Kaddy-Mühle wird mit 20 000 Teilen Streichton, 140 Teilen "Tamol 850" (30 fi Peststoffe), 60 Teilen CalciuiDstearat und 8571 Teilen Wasser beschickt. Das Gemisch wird 10 Minuten mit einer Riihrgeschwindigkeit von 6000 U/Min, gerührt, worauf man 800 Teile Polyvinylalkohol (an einer 4-prozentigen wässrigen Lösung bei 20° 0 bestimmte Visoosität = 30 cP) im Verlaufe von etwa 10 Minuten in der kalten Dispersion aufschlämmt»

Nach Beendigung des Polyvinylalkoholzusatzes setzt man 18 950 Teile Wasser zu und erhitzt die Streichfarbe (52,3 # Peststoffe) auf 88° 0. Diese Temperatur wird 30 Minuten inne- j gehalten. ·

Dann wird die Streichfarbe auf 27° 0 gekühlt und auf Rohpapier mit einem Plächengewicht von 11,34 kg/306,57 m mit einer Geschwindigkeit von 457 m/Min, unter Verwendung einer Rückmesser-Streichmaschine aufgetragen. Die Streichkopfanordnung ist vom Typ des Rückmessers mit geflutetem Walzenspalt ("flooded nip trailing blade type"). Ea tritt eine erhebliche Peststoffansammlung an der Rückseite des Messers unter Ausfransen an der Grenzfläche zwischen dem Messer und* dem

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Papier auf. Bei dem höchsten erreichbaren Streiohmesserdruok (1,05 kg/cm ) "beträgt die minimale Überzugsdichte 3,15 kg/306,57 m auf einer Seite des Papiers. Im übrigen lässt sich dieser Streichvorgang nicht lange durchführen, weil sich an dem Streichmesser zu viel Feststoffe ansammeln.

Der Striohauftrag selbst ist infolge von Kratzern und Rauheit unbefriedigend.

Unter den gleichen Arbeitsbedingungen in bezug auf Peststoffe der Streichfarbe, Masohinengesohwindigkeit, Messerdruok usw. tritt bei Streichfarben auf der Basis eines Polyvinylalkohole mit einer an einer 4-prozentigen wässrigen Lösung bei 20° C bestimmten Visoosität von 13 cP keine Ansammlung von Peststoffen am Streichmesser und kein Ausfransen auf, und der Vorgang des Auftragens lässt sich glatt mit viel geringeren Besohiohtungedichten (1,81 kg/306,57 m²) durchführen.

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Claims

S.I· du Pont de Nemours 7. Januar 1971

and Company KJ-3697

Patentansprüche

-W Wässrige-Streichfarbe auf der Basis eines Pigments und -"""' eines Polyvinylalkohole als Bindemittel, dadurch gekenn- M zeichnet, dass der Polyvinylalkohol einen Hydrolysegrad von mindestens etwa 99 $» und in 4-prozentiger wässriger lösung bei 20° C eine Visoosität im Bereich von 7,5 bis 16 Centipoise aufweist und sich zur Verwendung als einziges Pigmentbindemittel in einer wässrigen Streichfarbe eignet, die sich durch pseudoplastisches Fliessen bei Scherungskoeffizienten in der Grössenordnung von

5 —1 ·

1Cr Sek. kennzeichnet.
2. Wässrige Streichfarbe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyvinylalkohol in 4—prozentiger wässriger Lösung bei 20° 0 eine Visoosität im Bereich von 12 i bis 14 Centipoise aufweist.
3. Wässrige Streichfarbe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pigment ein Son ist.
4* Wässrige Streichfarbe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Dispergiermittel enthält.
5. Wässrig« Streichfarbe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, da·· das Dispergiermittel Tetranatriumpyrophosphat irfc. ;

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6# Wässrige Streichfarbe nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Gesamtfeststoffgehalt von 55 bis 60 Gewichtsprozent.
7· Verfahren zum Verbessern der Theologischen Eigenschaften von wässrigen Streichfarben auf der Basis eines Pigments und eines Polyvinylalkohole als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass man als Bindemittel einen Polyvinylalkohol verwendet, der in 4-prozentiger wässriger Lösung bei 20° C eine Visoosität im Bereich von etwa 7,5 bis 16 Centipoise aufweist.
8. Verfahren zum Auftragen von Streichfarben auf der Basis eines !Dons als,Füllmittel und eines Polyvinylalkohole als Bindemittel auf Celluloseträger, daduroh gekennzeichnet, dass man ala Bindemittel einen Polyvinylalkohol verwendet, der in 4-prozentiger wässriger Lösung bei 20° 0 eine Viscosität im Bereich von etwa 9 bis 16 Oentipoise aufweist.

Mit Streichfarbe beschichteter Oelluloseträger, dessen Überzug ein Pigment und Polyvinylalkohol als Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyvinylalkohol in 4-prozentiger wässriger Lösung bei 20° C eine Viscosität im Bereich von etwa 7,5 bis 16 Oentipoise aufweist und der Überzug kein Mittel zum Modifizieren des Eliessens und kein anderes Bindemittel als, den Polyvinylalkohol enthält»

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