DE3730833A1 - Kationisch eingestellte pigmentdispersion und streichfarbe - Google Patents
Kationisch eingestellte pigmentdispersion und streichfarbeInfo
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- D21H19/36—Coatings with pigments
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- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft kationisch eingestellte Pigmentdispersionen
sowie Streichfarben für die Papierbeschichtung.
Die zur Herstellung von Streichfarben verwendeten Streichpigmente,
die im trockenen Zustand angeliefert werden, haben
in der Regel eine anionische Grenzflächenladung, und die Pigmentteilchen
liegen gewöhnlich als Agglomerate bzw. grobteilige
Aggregate vor, die sich sowohl auf die Verarbeitung der Streichfarbe
als auch auf die Strichqualität nachteilig auswirken. Für
eine optimale Anwendung der Füllstoffe und Streichpigmente bei
der Papierherstellung und -veredelung sollen die einzelnen
Teilchen als Primärteilchen, d. h. entflockt, vorliegen.
Zur Dispergierung der Agglomerate ist eine kombinierte Anwendung
von geeigneten Dispergiergeräten und der Einsatz von chemischen
Hilfsmitteln erforderlich. Eine optimale Dispergierung stellt
sicher, daß die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen eliminiert
werden oder diesen entgegengewirkt wird, so daß eine Reagglomeration
der Pigmentteilchen nach der Herstellung der Dispersion
verhindert wird.
Die gebräuchlichsten anorganischen und organischen Dispergiermittel,
die in der Papierindustrie eingesetzt werden, sind fast
ausschließlich polyanionisch (z. B. Polyphosphate und Polyacrylate).
Durch diese Dispergiermittel werden die Pigmentagglomerate
zu Primärteilchen aufgebrochen, wodurch die optischen
Eigenschaften der mit den Streichfarben gestrichenen Papiere verbessert
werden, da feinere Teilchen einen besseren Papier- und
Druckglanz geben. Auch können durch die Dispergierung
Pigmentslurries und somit Streichfarben mit einem hohen Feststoffgehalt
erhalten werden, die auch bei erhöhter Lager- und
Verarbeitungstemperatur nicht zum vorzeitigen Ausflocken neigen.
Die anionischen Dispergiermittel haben jedoch eine Reihe von
Nachteilen.
Bei der Anlagerung von Dispergiermittel an die Pigmentteilchen
werden diese in ihrer negativen Ladung verstärkt, wodurch eine
Verringerung der Adsorption der üblicherweise verwendeten
anionischen Bindemittel (z. B. Stärke, Acrylsäureester,
Styrol-Butadien-Latex, Polyvinylacetate, Polyvinylalkohol) an den
Pigmentteilchen eintritt. Ferner tritt eine verstärkte Bindemittelwanderung
in das Basispapier sowie an die Strichoberfläche
auf.
Weiterhin ergibt sich eine Erniedrigung des Sedimentvolumens der
Streichfarbe und damit geringeres Strichvolumen und eine
schlechtere Faserabdeckung.
Schließlich können Beeinträchtigungen der Produktion durch
ungewollte Wechselwirkungen mit kationischen Hilfsmitteln bei der
Papierherstellung, insbesondere Ausflockungen, auftreten, wenn
die Streichfarben bzw. der gestrichene Ausschuß in den Papierherstellungsprozeß
zurückgeführt werden.
Die negativen Auswirkungen der anionischen Dispergiermittel
können in einem gewissen Grad durch eine Ladungsreduzierung mit
entsprechenden Bindemitteln (z. B. carboxylgruppenreiche
Bindemittel) und durch den Zusatz von niedermolekularen
kationischen Hilfsmitteln, sogenannten Immobilisierungsmitteln,
behoben werden. Problematisch ist jedoch immer noch die
Produktionsbeeinträchtigung durch verschiedene anionische Dispergiermittel,
die über den Streichausschuß bzw. die Streichfarbenrückführung
in den Papierherstellungsprozeß gelangen.
Die anionischen Dispergiermittel treten in ungewollte Wechselwirkung
mit den kationischen Hilfsmitteln, wodurch ein Mehrverbrauch
an kationischen Hilfsmitteln erforderlich wird. Außerdem
wirkt das entstandene Koazervat (Wechselwirkungsprodukt) als
Störstoff bei dem Papierherstellungsprozeß.
Zur Behebung dieser Nachteile wurde bereits ein theoretisches
Konzept entwickelt, das auf dem Gedanken beruht, Streichfarben
für die Papierbeschichtung kationisch einzustellen.
Dieses Konzept, das in Verbindung mit einigen Vorversuchen im
"Wochenblatt für Papierfabrikation" 6 (1984), Seiten 176 bis
183 beschrieben ist, beruht darauf, Pigmente in einem
kationischen Dispergiermittel zu dispergieren und auf diese Weise
ein kationisiertes Pigment zu erzeugen und die so hergestellte
Dispersion mit einem kationischen Bindemittel zu einer
Streichfarbe zu verarbeiten. Als kationische Dispergiermittel
wurden quaternäre Ammoniumverbindungen, Polyamino-Amid-Fettsäureverbindungen
und stark abgebaute niedermolekulare kationische
Galaktomannane vorgeschlagen. Als Pigmente, die mit Hilfe dieser
Dispergiermittel dispergiert wurden, wurden Kaolin und Calciumcarbonat
vorgeschlagen. Die so behandelten Pigmente wurden dann
in Form einer wäßrigen Aufschlämmung mit einer gewissen Menge
kationischer synthetischer Bindemittel zu einer Streichfarbe
verarbeitet.
Bei diesen Untersuchungen zeigte sich insbesondere, daß nur
durch trockenes CaCO₃ die gewünschten Feststoffgehalte - die
heute bei der Verarbeitung in der Streichfarbe notwendig sind -
erreichbar sind, jedoch nicht mit Kaolin oder anderen
Streichpigmenten, und daß auch bei CaCO₃ sehr hohe kationische
Dispergiermittelmengen notwendig sind, um diese Feststoffgehalte
zu erzielen. Die mit diesen Pigmentdispersionen hergestellten
kationisch eingestellten Streichfarben hatten im Vergleich zu
anionisch eingestellten Streichfarben ein niedriges Wasserretentionsvermögen
und dadurch schlechtere Laufeigenschaften.
Aufgrund ihrer hohen Viskositäten zeigten sie bereits mit einer
langsam laufenden Laborstreichmaschine Laufschwierigkeiten, die
sich bei der Übertragung auf die Praxis noch verstärkten. Auch
bei der Slurryaufbereitung und -Lagerung treten infolge der hohen
Viskositätswerte Probleme, z. B. eine hohe Scherempfindlichkeit
(Reagglomeration) und eine schlechte Siebbarkeit auf. Bei der
Lagerung wurde eine deutliche Erhöhung der Viskositätswerte festgestellt.
Bei der Streichfarbenverarbeitung wurden eine
Streichfarbeneindickung im Arbeitskreislauf sowie hohe
thixotrope Fließeigenschaften beobachtet, wodurch aufgrund
schlechter Farbrückspieleigenschaften das Papier streifig und
die Strichverteilung ungleichmäßig wurde. Ferner traten
Endqualitätsprobleme infolge von Strichgewichtsunterschieden
über die Papierbahnbreite, schlechtem "coating hold out" und
lappiger Papierqualität auf, die bei einem Praxisdruckversuch zu
Passerschwierigkeiten und Auslageschwierigkeiten (umgelegte
Papierkanten) führten. Auch die Naßrupffestigkeit und Offset-
Bedruckbarkeiten waren schlecht.
Schließlich war es nicht möglich, in schwach saurem Medium zu
arbeiten, da die Pigmentdispersion bzw. die Streichfarbe eine
Tendenz zum Ausflocken der Pigmentteilchen zeigte.
Eine Streichfarbe in schwach saurem Medium hat aber den Vorteil,
daß man mit niedrigen Dispergiermittelmengen bei der Pigmentdispergierung
auskommt, aufgrund der guten Dispergierwirkung der
Protonen. Weiterhin kann im schwach sauren Medium eine breitere
Palette von Bindemitteln eingesetzt werden, wie z. B. amphotere
Binder und Bindemittel auf Proteinbasis, die im schwach sauren
Bereich ebenfalls kationisch vorliegen. Die saure Fahrweise ist
dagegen mit CaCO₃ nicht möglich, aufgrund der Zersetzung des
Carbonats.
Andere Streichpigmente konnten bisher nicht so kationisch
dispergiert werden, daß bei der Streicherei die gewünschten
Feststoffgehalte eingestellt werden konnten.
Ausgehend von diesen Nachteilen der bekannten kationisch
eingestellten Streichfarben, lag der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, kationisch eingestellte Pigmentdispersionen
bzw. Streichfarben zur Verfügung zu stellen, in welchen Pigmente
eingesetzt werden, deren Verwendung in der erforderlichen hohen
Konzentration wegen ihrer hohen Viskosität in wäßriger Dispersion
bisher unmöglich war.
Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß mit Hilfe von
Pigmentdispersionen lösen, die gekennzeichnet sind durch
- a) ein Calciumsulfat, Talkum und/oder Aluminiumhydroxid als Hauptbestandteil oder Verschnittkomponente enthaltende oder daraus bestehende Pigmentkomponente;
- b) ein kationisches Polymer oder eine quaternäre Ammoniumverbindung als Dispergiermittel; und/oder
- c) ein die Teilchen der Pigmentkomponente (a) als Schutzkolloid umhüllendes kationisiertes Polymer, das aus hydrophilen Polyacrylaten oder -methacrylaten, abgebauten Stärken oder abgebauten modifizierten Stärken, abgebauten Galaktomannanen oder abgebauten modifizierten Galaktomannanen, Methylcellulosen, Hydroxymethylcellulosen, Carboxymethylcellulosen, abgebauten Alginaten, Proteinen und/oder Polyvinylalkohol erhalten worden ist.
Das Calciumsulfat kann erfindungsgemäß als wasserfreies
Calciumsulfat, als Halbhydrat oder als Dihydrat vorliegen. Das
Aluminiumhydroxid kann mit kationischer Oberfläche oder aber
auch, bedingt durch Mahlhilfsmittel, mit anionischer Oberfläche
vorliegen. Das Talkum ist im allgemeinen ohne Netzmittel schwer
dispergierbar. Die genannten Pigmentkomponenten können erfindungsgemäß
auch mit anderen Pigmenten, wie Kaolin und/oder Calciumcarbonat
verschnitten sein, wobei die Verschnittpigmente auch
überwiegen können.
Wäßrige Dispersionen der erfindungsgemäß verwendeten
Ausgangspigmente haben auch bei verhältnismäßig niedrigen Feststoffgehalten
sehr hohe Viskositäten, wenn sie auf herkömmliche
Weise dispergiert werden. Beispielsweise liegen die Brookfield-
Viskositäten von ca. 50%igen Dispersionen zwischen etwa 5000 und
8000 mPa·s (Spindel 5 mit 50 Upm).
Bei Calciumsulfat bewirkt die hohe Löslichkeit (etwa 2 g/Liter
bei Raumtemperatur) unkontrollierte Flockungen mit anderen
Verschnittpigmenten. Außerdem wird die Dispergierwirkung von
herkömmlichen Dispergiermitteln aufgehoben.
Die erfindungsgemäßen Pigmentdispersionen zeichnen sich durch
niedrige Viskositäten auch bei hohen Feststoffgehalten aus.
Die erfindungsgemäßen Pigmentdispersionen sind in ihrer
kationischen Form lagerfähig. Durch die Verwendung der Schutzkolloide
(c) können die Anteile an teuren Umladungsmitteln
deutlich niedriger gehalten werden. Ferner haben die
Schutzkolloide wasserretendierende Eigenschaften sowie gute
Pigmentabbindungs-Eigenschaften. Dieser wasserretendierende
Effekt ist vor allem bei der Streichfarbenverarbeitung an
schnell laufenden Streichmaschinen wichtig, da unter den hohen
hydrodynamischen Belastungen bei der Streichfarbendosierung und
-Egalisierung die Streichfarbe bei schlechter Wasserretention
mobilisierend wirkendes Wasser, Binde- und Hilfsmittel an das
Rohpapier verliert, wodurch starke Verarbeitungs- und
Endqualitätsprobleme, wie sie vorstehend geschildert wurden,
auftreten.
Die erfindungsgemäßen Pigmentdispersionen sind vorzugsweise
dadurch gekennzeichnet, daß das kationisierte Polymer (c) in situ
durch Kationisierung der mit den hydrophilen Ausgangspolymeren
umhüllten Pigmentteilchen (a) erhalten worden ist.
Durch diese Maßnahme wird die Herstellung der kationisierten
Pigmentdispersionen vereinfacht, weil die externe Kationisierung
des Schutzkolloids entfällt.
Das als Komponente (b) verwendete Dispergiermittel ist vorzugsweise
eine oligomere oder polymere quaternäre Ammoniumverbindung.
Derartige Verbindungen haben gegenüber niedermolekularen
quaternären Ammoniumverbindungen mit niedriger
Ladungsdichte den Vorteil, daß die Umladung bei geringeren
Zugabemengen schneller erfolgt und ein positives Zeta-Potential
erreicht wird.
Das kationische Polymer wird vorzugsweise durch Umsetzung der
hydrophilen Ausgangspolymeren mit stickstoffhaltigen Verbindungen
und Quaternisierung der Umsetzungsprodukte erhalten.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin,
daß die Pigmentdispersionen auch bei schwach saurem pH-Wert
verwendet werden können. Dies hat den Vorteil, daß die Menge des
Dispergiermittels (b) herabgesetzt werden kann bzw. Streichfarben
mit höheren Feststoffgehalten erzielt werden können.
Die Kationisierung der Schutzkolloide (c) erfolgt vorzugsweise
durch Umsetzung der hydrophilen Ausgangspolymeren mit
stickstoffhaltigen Verbindungen und Quaternisierung der
Umsetzungsprodukte bzw. durch Umsetzung mit einem kationischen
Polymer oder Copolymer aus der Gruppe der Melamin-Formaldehydharze,
Epichlorhydrinharze, Dicyandiamidharze, quaternären
Acrylate, der polymeren Diallylverbindungen oder der polymeren
Guanidinverbindungen. Diese kationischen Polymeren werden auch
bevorzugt für das kationische Polymer (b) eingesetzt.
Das Schutzkolloid (c) kann auch von vornherein kationisiert sein.
Zu diesen Verbindungen zählen z. B. Proteine bei schwach saurem
pH-Wert. Vorzugsweise ist das Schutzkolloid jedoch ein Umsetzungsprodukt
aus einer oder mehreren hydrophilen Ausgangspolymeren
mit ursprünglich anionischem Charakter aus der Gruppe der
Polyacrylate und -methacrylate, abgebauten Stärken oder
abgebauten modifizierten Stärken, abgebauten Galaktomannanen,
abgebauten modifizierten Galaktomannanen, Methylcellulosen,
Hydroxymethylcellulosen, Carboxymethylcellulosen, abgebauten
Alginaten und einem oder mehreren kationischen Polymeren oder
Copolymeren aus der Gruppe der Melamin-Formaldehydharze,
Epichlorhydrinharze, polymeren Diallylverbindungen, polymeren
Guanidinverbindungen und Dicyandiamidharzen. Bei
Polyvinylalkoholen handelt es sich um nichtionogene
Verbindungen, aus denen ebenfalls kationisierte Schutzkolloide
hergestellt werden können.
Das kationisierte Schutzkolloid (c) kann auch das Umsetzungsprodukt
aus einer oder mehreren der vorstehend angegebenen
Substanzen mit ursprünglich anionischem Charakter und einer
quaternären Ammoniumverbindung der allgemeinen Formel
HN⁺R₃X-
worin R eine Alkylgruppe mit bis zu 20 C-Atomen und X- ein
Anion, insbesondere ein Chloridion, bedeuten.
Das erfindungsgemäß verwendete kationisches Polymer bzw. Copolymer
(b) ist vorzugsweise ein Poly-(Diallyldimethylammoniumchlorid)
und hat vorzugsweise ein Molekulargewicht entsprechend einer
Viskosität von 500 bis 1500 mPa·s (Brookfield-Viskosität bei 15%
Feststoffgehalt, 20 UPM und Raumtemperatur).
Vorzugsweise stellt das kationische Polymer bzw. Copolymer (b)
eine polymere quaternäre Ammoniumverbindung nach einem der
folgenden Strukturtypen dar:
worin x 1 bis 3 bedeutet.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform stellt das
kationische Polymer oder Copolymer (b) ein Poly-(diallyl-
ammoniumchlorid) oder ein Poly-(3,5-methylen-piperidiniumchlorid)
dar, wobei die Stickstoffatome gegebenenfalls durch
niedere Alkylgruppen substituiert sind.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung
einer kationisch eingestellten Pigmentdispersion, wie sie
vorstehend beschrieben ist; dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß man eine wäßrige Suspension der gegebenenfalls mit
dem kationisierten Polymer (c) umhüllten Pigmentteilchen (a)
mit dem kationischen Polymer (b) dispergiert.
Vorzugsweise geht man hierbei so vor, daß man die Pigmentteilchen
(a) vor dem Dispergieren so weit mit dem kationisierten Polymer
(c) umhüllt, bis das Zeta-Potential der die umhüllten
Pigmentteilchen (a) enthaltenden Dispersion einen Wert am
isoelektrischen Punkt bzw. im kationischen Bereich erreicht hat.
Es ist also günstig, daß die Pigmentteilchen zunächst mit dem
kationisierten Schutzkolloid (c) umhüllt werden, bevor sie mit
dem Dispergier- und Umladungsmittel (b) dispergiert werden.
Man kann aber auch die Pigmentkomponente (a) mit dem hydrophilen
Ausgangspolymer umhüllen und in situ mit dem kationischen Polymer
oder mit der quaternären Ammoniumverbindung (b)
kationisieren.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Streichfarbe für die
Papierbeschichtung, die eine Pigmentdispersion, wie sie
vorstehend beschrieben ist, und (d) ein Bindemittel oder Bindemittelgemisch
zum Verbinden der dispergierten und gegebenenfalls
mit dem kationisierten Polymer (c) umhüllten Pigmentteilchen (a)
untereinander und mit der Papieroberfläche enthält. Vorzugsweise
ist das Bindemittel bzw. Bindemittelgemisch (d) auch im
neutralen bzw. alkalischen Bereich kationisch oder amphoter.
Amphotere Bindemittel werden im allgemeinen jedoch nur bei
Streichfarben mit schwach saurem pH-Wert verwendet.
Erfindungsgemäß kann die Menge des Bindemittels (d) relativ
niedrig gehalten werden, wenn das Schutzkolloid (c) verwendet wird,
da dieses eine Co-Bindemittelfunktion hat.
Bevorzugte synthetische Bindemittel (d) sind Styrol-Butadien-
oder Styrol-Acrylat-Copolymere mit funktionellen kationischen
Gruppen und/oder kationische Polyvinylacetate, kationische
Polyvinylalkohole bzw. deren Copolymere.
Ferner kann das Bindemittel (d) aus der Gruppe der abgebauten und
nativen Galaktomannane, Stärken, Methylcellulosen, Hydroxymethylcellulosen,
Carboxymethylcellulosen, Alginate, Proteine und
Polyvinylalkohole ausgewählt sein und kationische Gruppen enthalten.
Proteine sind besonders für den schwach sauren Bereich
geeignet, da sie wegen ihrer amphoteren Natur von vornherein eine
kationische Ladung haben. Der isoelektrische Punkt liegt bei
einem pH-Wert von 5 bis 6. Werden Proteine im alkalischen Bereich
verwendet, so sollten sie leicht kationisiert sein (z. B. durch
Koazervatbildung oder durch echte Kationisierung).
Bei Verwendung von Stärke soll diese sowohl für den sauren als
auch für den alkalischen Bereich kationisiert vorliegen. Die
Bindemittel beeinflussen auch die Wasserretention der Streichfarbe.
Es hat sich gezeigt, daß synthetische Bindemittel, die nur über
das Emulgatorsystem kationisiert waren, also in ihrem eigenen
Gerüst noch anionisch waren, für die genannten kationischen
Streichfarben weniger geeignet sind.
Die erfindungsgemäße Streichfarbe kann ferner als Hilfsmittel
kationische oder nicht ionogene Verdickungsmittel (z. B. Galaktomannane
oder synthetische Verdickungsmittel), und/oder
Wasserretentionshilfsmittel enthalten. Ferner kann die
Streichfarbe Hilfsmittel, wie Gleitmittel (z. B. Fettsäurederivate,
Wachse oder Paraffine in Emulsionsform), optische
Aufheller (z. B. Stilben-Derivate) und/oder
Naßverfestigungsmittel (z. B. kationische oder nichtionogene
Harze) enthalten.
Eine bevorzugte Streichfarbe enthält die Komponenten, bezogen auf
100 Gewichtsteile trockenes Pigment (a) in folgenden Gewichtsanteilen:
Die erfindungsgemäße Streichfarbe wird vorzugsweise dadurch
hergestellt, daß man die erfindungsgemäße Pigmentdispersion in
einem geeigneten Mischaggregat vorlegt, das für den gewünschten
Endfeststoffgehalt der Streichfarbe erforderliche
Verdünnungswasser zusetzt und bei hoher Mischintensität das gegebenenfalls
in einem separaten Arbeitsgang gelöste natürliche
Bindemittel und/oder anschließend das synthetische Bindemittel
zusetzt. Nach der Einarbeitung der Bindemittel werden, falls
erforderlich, das Verdickungsmittel und das Wasserretentionshilfsmittel
und anschließend die übrigen Hilfsmittel, wie
Gleitmittel und im Bedarfsfall optische Aufheller und am Schluß
das Naßverfestigungsmittel zugesetzt. Die angegebene Reihenfolge
hat sich für die Herstellung einer agglomeratfreien, gut
verarbeitbaren Streichfarbe besonders bewährt.
Die erfindungsgemäße Streichfarbe hat eine gute Haftung an der
normalerweise negativ geladenen Papierfaser. Diese Eigenschaft
kann man sich zunutze machen, indem man überschüssige Streichfarbe,
z. B. bei einem Papiersortenwechsel, der Papiermasse als
Füllstoff zusetzt. Im Gegensatz zu einer anionischen Streichfarbe,
die mit kationischen Hilfsmitteln ungewollte Wechselwirkungen
eingeht, kann die erfindungsgemäße kationische Streichfarbe
bedenkenlos in den Papiermaschinenkreislauf gelangen, da
die Wechselwirkung mit den kationischen Hilfsmitteln ausbleibt
bzw. über diesen Weg Abwasserprobleme vermieden werden.
Ferner haben die erfindungsgemäßen Streichfarben, wenn sie der
Papiermasse als Füllstoffe zugesetzt werden, die Nebenwirkung,
daß sie auch die beim Holzaufschluß zur Herstellung von Papier
anfallenden anionischen Abbauprodukte, wie Dextrine, Lignine,
Hemicellulose usw. binden. Die anionischen Störstoffe werden an
der kationisch eingestellten Pigmentgrenzfläche adsorbiert und
mit dem Papier ausgetragen, so daß die Abwasserbelastung auch
in dieser Hinsicht geringer wird.
Durch diese Adsorption werden die Rohpapiereigenschaften, wie
Opazität, Festigkeit, Porosität usw. verbessert.
Die Erfindung ist durch die nachstehenden Beispiele erläutert:
Kationische Pigmentdispersionen aus den nachstehend angegebenen
Komponenten
wurden wie folgt hergestellt:
Das Talkum wurde mit Wasser und der PVA-Lösung (hydrophiles
Ausgangspolymer) versetzt und gründlich vermischt. Dann wurde die
Dispergiermittellösung (b) zugesetzt, wodurch das zunächst
anionische Pigment umgeladen wurde. Die erhaltene Dispersion
hatte folgende Eigenschaften:
Zum Vergleich hatte eine Dispersion mit unbehandeltem Talkum
folgende Eigenschaften:
Feststoffgehalt | |
49,2 Gew.-% | |
pH-Wert | 8,6 |
Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur | 6600 mPa·s |
Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur | 3900 mPa·s |
Zeta-Potential | -22 mV |
Die erfindungsgemäßen Dispersionen hatten also trotz höherem
Feststoffgehalt bzw. bei praktisch gleichem Feststoffgehalt eine
wesentlich niedrigere Viskosität als die Vergleichsdispersion.
Eine kationische Pigmentdispersion aus den nachstehend
angegebenen Komponenten
Wasser für 64,4%ige Dispersion|830 g | |
Talkum (60% < 2 µm als Pigment (a)) | 2181 g |
45%ige Lösung von Poly-(Diallyldimethylammoniumchlorid) als Dispergierungsmittel (b) | 105 g |
wurde wie folgt hergestellt:
Das Talkum wurde mit Wasser gründlich vermischt. Dann wurde die
Dispergiermittellösung (b) zugesetzt, wodurch das zunächst
anionische Pigment umgeladen wurde.
Die erhaltene Dispersion hatte folgende Eigenschaften:
Feststoffgehalt | |
64,4 Gew.-% | |
pH-Wert | 7,9 |
Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 4, Raumtemperatur | 620 mPa·s |
Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 4, Raumtemperatur | 510 mPa·s |
Zeta-Potential | +96 mV |
Dieses Beispiel zeigt, daß auch ohne Verwendung eines
Schutzkolloids, d. h. nur mit der Dispergiermittellösung (b)
eine starke Erniedrigung der Viskosität erhalten werden konnte.
Eine kationische Pigmentdispersion aus den nachstehend angegebenen
Komponenten
Wasser für 66,6%ige Dispersion|180 g | |
29%ige phosphatierte Stärkelösung | 138 g |
Gips (55% < 2 µm als Pigment (a)) | 2667 g |
45%ige Lösung von Poly-(Diallyldimethylammoniumchlorid) als Dispergiermittel (b) | 44 g |
wurde wie folgt hergestellt:
Der Gips wurde mit Wasser und der phosphatierten Stärkelösung
(hydrophiles Ausgangspolymer) versetzt und gründlich vermischt.
Dann wurde die Dispergiermittellösung (b) zugesetzt, wodurch das
zunächst anionische Pigment umgeladen wurde.
Die erhaltene Dispersion hatte folgende Eigenschaften:
Feststoffgehalt | |
66,6 Gew.-% | |
pH-Wert | 6,6 |
Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur | 1040 mPa·s |
Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur | 760 mPa·s |
Zeta-Potential | +8 mV |
Zum Vergleich hatte eine Dispersion mit unbehandeltem Gips
folgende Eigenschaften:
Feststoffgehalt | |
57,0 Gew.-% | |
pH-Wert | 7,5 |
Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 6, Raumtemperatur | 8000 mPa·s |
Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 6, Raumtemperatur | 4300 mPa·s |
Zeta-Potential | -26 mV |
Die erfindungsgemäße Dispersion hatte also trotz höherem
Feststoffgehalt eine wesentlich niedrigere Viskosität als
die Vergleichsdispersion.
Eine kationische Pigmentdispersion aus den nachstehend
angegebenen Komponenten
Wasser für 67,4%ige Dispersion|880 g | |
22%ige PVA-Lösung | 91 g |
Aluminiumhydroxid (80% <0,5 µm als Pigment (a)) | 2000 g |
45%ige Lösung von Poly-(Diallyldimethylammoniumchlorid) als Dispergiermittel (b) | 10 g |
wurde wie folgt hergestellt:
Die PVA-Lösung (hydrophiles Ausgangspolymer) wurde mit der
Dispergiermittellösung (b) versetzt und gründlich vermischt,
wodurch das PVA kationisiert wurde. Dann wurde das Aluminiumhydroxid
zugesetzt.
Die erhaltene Dispersion hatte folgende Eigenschaften:
Feststoffgehalt | |
67,4 Gew.-% | |
pH-Wert | 9,5 |
Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur | 2520 mPa·s |
Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur | 1500 mPa·s |
Zeta-Potential | +67 mV |
Zum Vergleich hatte eine Dispersion mit unbehandeltem
Aluminiumhydroxid folgende Eigenschaften:
Feststoffgehalt | |
48,7 Gew.-% | |
pH-Wert | 9,4 |
Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur | 4500 mPa·s |
Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur | 2750 mPa·s |
Zeta-Potential | +68 mV |
Die erfindungsgemäße Dispersion hatte also trotz höherem
Feststoffgehalt eine wesentliche niedrigere Viskosität als die
Vergleichsdispersion. Die Viskositätserniedrigung, die offenbar
nichts mit einer Änderung des Zeta-Potentials zu tun hat, ist
vermutlich dadurch bedingt, daß durch das kationisierte Schutzkolloid
die Agglomerate der sehr feinteiligen Pigmentkomponente
aufgebrochen werden.
Die kationische Pigmentdispersion nach Beispiel 5 wurde mit
einer kationischen Kaolindispersion (Verschnittpigment)
folgender Zusammensetzung
Wasser|135 g | |
Kaolin (90% <2 µm) | 306 g |
21%ige PVA-Lösung | 60 g |
45%ige Lösung vom Poly-(Diallyldimethylammoniumchlorid) | 13 g |
in einer solchen Menge vermischt, daß das Gewichtsverhältnis
zwischen Aluminiumhydroxid und Kaolin 15 : 85 betrug.
Die erhaltene Mischdispersion hatte folgende Eigenschaften:
Feststoffgehalt | |
62,0 Gew.-% | |
pH-Wert | 7,0 |
Brookfield-Viskosität bei 50 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur | 1920 mPa·s |
Brookfield-Viskosität bei 100 UPM, Spindel 5, Raumtemperatur | 1050 mPa·s |
Zeta-Potential | +58 mV |
Die Viskosität der Mischdispersion blieb auch nach längerer
Lagerzeit unverändert.
Mit den Pigmentdispersionen nach den Beispielen 1, 4 und 6
wurden Streichfarben hergestellt, deren Zusammensetzung in der
nachstehenden Tabelle angegeben ist.
Aus den Pigmentdispersionen nach den Vergleichsbeispielen 1, 4
und 5 konnten keine Streichfarben mit ausreichend hohen
Feststoffgehalten bei verarbeitbaren Viskositäten hergestellt
werden. Nach kurzer Lagerzeit dickten die Streichfarben so stark
ein, daß keine Streichversuche mehr möglich waren. Die
erfindungsgemäßen Streichfarben dickten auch nach längerer
Verarbeitung nicht ein. Papiere mit den erfindungsgemäßen
Streichfarben zeichneten sich durch eine gleichmäßige
geschlossene Oberfläche, eine gute Faserabdeckung, eine hohe
Opazität und ein hohes Strichvolumen aus. Die Offset-
Bedruckbarkeit und die Tiefdruck-Bedruckbarkeit der erhaltenen
Papiere waren gut.
Claims (19)
1. Kationisch eingestellte Pigmentdispersion, insbesondere zur
Herstellung von Streichfarben zur Papierbeschichtung, gekennzeichnet
durch
- a) ein Calciumsulfat, Talkum und/oder Aluminiumhydroxid als Hauptbestandteil oder Verschnittkomponente enthaltende oder daraus bestehende Pigmentkomponente;
- b) ein kationisches Polymer oder eine quaternäre Ammoniumverbindung als Dispergiermittel; und/oder
- c) ein die Teilchen der Pigmentkomponente (a) als Schutzkolloid umhüllendes kationisiertes Polymer, das aus hydrophilen Polyacrylaten oder -methacrylaten, abgebauten Stärken oder abgebauten modifizierten Stärken, abgebauten Galaktomannanen oder abgebauten modifizierten Galaktomannanen, Methylcellulosen, Hydroxymethylcellulosen, Carboxymethylcellulosen, abgebauten Alginaten, Proteinen und/oder Polyvinylalkohol erhalten worden ist.
2. Pigmentdispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das kationisierte Polymer (c) in situ durch Kationisierung
der mit dem hydrophilen Ausgangspolymer umhüllten Pigmentteilchen
(a) erhalten worden ist.
3. Pigmentdispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das kationisierte Polymer (c) durch Umsetzung der
hydrophilen Ausgangspolymeren mit stickstoffhaltigen Verbindungen
und Quaternisierung der Umsetzungsprodukte bzw. durch
Umsetzung mit einem kationischen Polymer oder Copolymer aus der
Gruppe der Melamin-Formaldehydharze, Epichlorhydrinharze,
Dicyandiamidharze, quaternären Acrylate, der polymeren
Diallylverbindungen oder der polymeren Guanidinverbindungen
erhalten worden ist.
4. Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Polymer (b)
ein Polymer oder Copolymer aus der Gruppe der Melamin-
Formaldehydharze, Epichlorhydrinharze, Dicyandiaminharze,
quaternären Acrylate, der polymeren Diallylverbindungen oder
der polymeren Guanidinverbindungen darstellt.
5. Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Polymer (b)
quaternäre Hydrocarbylammoniumgruppen enthält.
6. Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Polymer oder Copolymer
(b) ein Poly-(Diallyldimethylammoniumchlorid) ist oder enthält
und vorzugsweise ein Molekulargewicht entsprechend einer
Viskosität von 500 bis 1500 mPa·s (Brookfield-Viskosität bei 15%
Feststoffgehalt, 20 Upm und Raumtemperatur) aufweist.
7. Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das kationische Polymer bzw. Copolymer (b)
eine polymere quaternäre Ammoniumverbindung nach einem der
folgenden Strukturtypen darstellt:
worin x 1 bis 3 bedeutet.
8. Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das kationische Polymer oder Copolymer (b)
ein Poly-(diallyl-ammoniumchlorid) oder ein Poly-(3,5-methylen-
piperidiniumchlorid) ist oder enthält, worin die Stickstoffatome
gegebenenfalls durch niedere Alkylgruppen substituiert sind.
9. Verfahren zur Herstellung einer kationisch eingestellten
Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Suspension der gegebenenfalls
mit dem kationisierten Polymer (c) umhüllten Pigmentteilchen
(a) mit dem kationischen Polymer (b) dispergiert.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Pigmentteilchen (a) vor dem Dispergieren so weit mit dem
kationisierten Polymer (c) umhüllt, bis das Zeta-Potential der
die umhüllten Pigmentteilchen (a) enthaltenden Dispersion einen
Wert am isoelektrischen Punkt bzw. im kationischen Bereich
erreicht hat.
11. Verfahren zur Herstellung einer kationisch eingestellten
Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Pigmentkomponente mit dem hydrophilen
Ausgangspolymer umhüllt und in situ mit dem kationischen
Polymer oder mit der quaternären Ammoniumverbindung
(b) kationisiert.
12. Streichfarbe für die Papierbeschichtung, enthaltend
eine Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und (d)
ein Bindemittel oder Bindemittelgemisch zum Verbinden der
dispergierten und gegebenenfalls mit dem kationisierten Polymer
(c) umhüllten Pigmentteilchen (a) untereinander und mit der
Papieroberfläche.
13. Streichfarbe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bindemittel bzw. Bindemittelgemisch (d) auch im neutralen
bzw. alkalischen Bereich kationisch oder amphoter ist.
14. Streichfarbe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bindemittel (d) ein Styrol-Butadien-
oder Styrol-Acrylat-Copolymer mit funktionellen kationischen
Gruppen und/oder ein kationisches Polyvinylacetat, einen
kationischen Polyvinylalkohol bzw. deren Copolymere darstellt.
15. Streichfarbe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bindemittel (d) aus der Gruppe der abgebauten
und nativen Galaktomannane, Stärken, Methylcellulosen, Hydroxymethylcellulosen,
Carboxymethylcellulosen, Alignate, Proteine
und Polyvinylalkohole ausgewählt ist und kationische Gruppen
enthält.
16. Streichfarbe nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß sie kationische oder nichtionogene Verdickungsmittel
und/oder Wasserretentionshilfsmittel enthält.
17. Streichfarbe nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß sie Hilfsmittel wie Gleitmittel, optische
Aufheller und/oder Naßverfestigungsmittel enthält.
18. Streichfarbe nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß sie die Komponenten, bezogen auf 100
Gewichtsteile trockenes Pigment (a), in folgenden Gewichts-
Anteilen enthält:
19. Papier, dadurch gekennzeichnet, daß es
- (a) mit einer Streichfarbe nach einem der Ansprüche 12 bis 19 beschichtet und/oder
- (b) mit einer Pigmentdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gefüllt ist.
Priority Applications (4)
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DE19873730833 DE3730833A1 (de) | 1987-09-14 | 1987-09-14 | Kationisch eingestellte pigmentdispersion und streichfarbe |
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DE19873730833 DE3730833A1 (de) | 1987-09-14 | 1987-09-14 | Kationisch eingestellte pigmentdispersion und streichfarbe |
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DE3730833A1 true DE3730833A1 (de) | 1989-03-23 |
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