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EP0489422B1 - Verwendung von wasserhaltigen organophilen Schichtsilikaten als rheologisches Additiv und zum Beschichten von Papier - Google Patents

Verwendung von wasserhaltigen organophilen Schichtsilikaten als rheologisches Additiv und zum Beschichten von Papier Download PDF

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Publication number
EP0489422B1
EP0489422B1 EP91120840A EP91120840A EP0489422B1 EP 0489422 B1 EP0489422 B1 EP 0489422B1 EP 91120840 A EP91120840 A EP 91120840A EP 91120840 A EP91120840 A EP 91120840A EP 0489422 B1 EP0489422 B1 EP 0489422B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water
organic
rheological
onium salt
coating paper
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP91120840A
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English (en)
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EP0489422A1 (de
Inventor
Guido Prof. Dr. Dessauer
Ute Horn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoechst AG
Original Assignee
Hoechst AG
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP0489422B1 publication Critical patent/EP0489422B1/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/36—Coatings with pigments
    • D21H19/38—Coatings with pigments characterised by the pigments
    • D21H19/40—Coatings with pigments characterised by the pigments siliceous, e.g. clays
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/36—Coatings with pigments
    • D21H19/44—Coatings with pigments characterised by the other ingredients, e.g. the binder or dispersing agent
    • D21H19/46—Non-macromolecular organic compounds

Definitions

  • organophilically modified layered silicates as rheological additives in organic media.
  • examples of this are the commercial products that are sold under the names ®Tixogel (manufacturer: Süd-Chemie AG) and ®Bentone.
  • These rheological additives create a thixotropic structure in organic media, for example in paints and varnishes.
  • the organophilically modified layered silicates are obtained by treating layered silicates in aqueous suspension with an aqueous solution of an onium compound, preferably a quaternary organic ammonium salt, this organic ammonium salt being incorporated between the layers of the layered silicate.
  • the layered silicate modified in this way is then separated from the water by filtration and dried under the action of heat, for example in a drum dryer at approximately 100 ° C.
  • the modified organophilic layered silicates obtained in this way are water-insoluble.
  • EP-A-0 279 313 relates to a process for the preparation of an agent which is suitable for the paper and board industry and which improves the printability of paper and board, characterized in that starting from at least one pigment and at least one water-soluble or water-swellable anionic groups Hydrogel prepares an aqueous colloidal system, subjects it to coacervation using a quaternary organic ammonium salt and, if appropriate, concentrates the product obtained during the coacervation. These agents are used to produce a paper or cardboard coating slip and as a filler for mixing into a paper raw material.
  • the invention thus relates to the use of water-containing organophilic layered silicates, obtained by reacting a layered silicate which is completely delaminated in water and is cation-exchangeable an organic onium salt in aqueous suspension and subsequent mechanical separation of the water without subsequent drying, as a rheological additive in organic media and for coating paper.
  • organophilic layered silicates are obtained by methods known per se, which therefore need not be explained in more detail.
  • All synthetic or natural smectic layer silicates preferably bentonite or montmorillonite, which can contain 25-30% by weight of impurities in the form of other minerals in addition to a smectic layer silicate, are suitable as cation-exchangeable layer silicates which are completely delaminated in water.
  • the minerals are treated with an aqueous solution of onium compounds, such as phosphonium compounds, but preferably quaternary organic ammonium salts, these compounds being embedded between the layers of these minerals.
  • Suitable quaternary organic ammonium salts are, in particular, compounds of formula where R 1 is C 8 -C 22 alkyl or C 8 -C 22 alkenyl, R 2 C 1 -C 4 alkyl and A is an anion, preferably chloride or methosulfate.
  • the compound distearyl-dimethyl-ammonium chloride is particularly preferred.
  • Organic media in the sense of this invention are, for example, paints, lacquers, Paints, putties, greases, cosmetics, paint strippers, fillers and similar preparations containing organic solvents.
  • the water-containing organophilically modified layered silicates according to the invention have a thixotropic effect. This effect makes the preparations mentioned easier to process.
  • these layered silicates also prevent the insoluble components from settling, e.g. of the pigments within these media.
  • it was found in these water-containing organophilic layered silicates that the thickening effect is significantly higher in comparison to the analog commercial products with the same solids content, but from which the water was removed by drying with heating.
  • the water-containing organophilic layered silicates according to the invention are particularly suitable for coating paper.
  • efforts are being made to use thin printing papers for printed matter with a large circulation, for example for magazines or mail-order catalogs.
  • this gives rise to problems with regard to opacity, that is to say when printing there is an annoying shine through of the print on the other side of the paper.
  • it is already known (EP-A-192 252) to coat paper with an organophilic complex composed of a smectic layered silicate and a quaternary organic ammonium compound from a suspension in organic solvents.
  • the starting material is in a form that was largely removed from the water by heating.
  • solvent coating suspensions can also contain white pigments (TiO 2 ).
  • TiO 2 white pigments
  • the organophilically modified layered silicates bind these white pigments well on paper; an additional binder is therefore not required. In this way, a good hold-out effect is obtained, ie prevention of strikethrough on the printed paper.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)

Description

  • Es ist weitgehend bekannt, organophil modifizierte Schichtsilikate als rheologische Additive in organischen Medien einzusetzen. Beispiele hierfür sind die Handelsprodukte, die unter den Bezeichnungen ®Tixogel (Hersteller: Süd-Chemie AG) und ®Bentone vertrieben werden. Diese rheologischen Additive bewirken in organischen Medien, beispielsweise in Farben und Lacken, den Aufbau einer thixotropen Struktur. Infolge dieser thixotropen Struktur lassen sich solche organischen Medien besser verarbeiten. Erhalten werden die organophil modifizierten Schichtsilikate, indem man Schichtsilikate in wäßriger Suspersion mit einer wäßrigen Lösung einer Oniumverbindung, vorzugsweise eines quartären organischen Ammoniumsalzes behandelt, wobei dieses organische Ammoniumsalz zwischen die Schichten des Schichtsilikats eingelagert wird. Anschließend wird das auf diese Weise organophil modifizierte Schichtsilikat durch Filtration vom Wasser abgetrennt und unter Einwirkung von Hitze getrocknet, beispielsweise im Trommeltrockner bei ca. 100 °C. Die auf diese Weise erhaltenen modifizierten organophilen Schichtsilikate sind wasserunlöslich.
  • Ein solcher Trocknungsvorgang wurde bisher für notwendig erachtet, da der Filterkuchen, der beim Abfiltrieren des Wassers anfällt, beträchtliche Mengen an Wasser enthält und dieser Wassergehalt beim Einsatz der organophilen Schichtsilikate in den organischen Medien stören sollte. Es wurde nun überraschend gefunden, daß dies nicht der Fall ist und daß man den Filterkuchen solcher organophilen Schichtsilikate auch ohne Trocknung als rheologisches Additiv in organischen Medien einsetzen kann.
  • EP-A-0 279 313 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines für die Papier- und Kartonindustrie geeigneten, die Bedruckbarkeit von Papier und Karton verbessernden Mittels, dadurch gekennzeichnet, daß man ausgehend von mindestens einem Pigment und mindestens einem wasserlöslichen oder wasserquellbaren, anionische Gruppen enthaltenden Hydrogel ein wäßriges kolloidales System bereitet, dieses mittels eines quaternären organischen Ammoniumsalzes einer Koazervation unterwirft und gegebenenfalls das bei der Koazervation erhaltene Produkt aufkonzentriert.
    Diese Mittel werden zur Herstellung einer Papier- oder Kartonstreichmasse sowie als Füllstoff zum Einmischen in einen Papierrohstoff verwendet.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit die Verwendung von wasserhaltigen organophilen Schichtsilikaten, erhalten durch die Umsetzung eines in Wasser kolloidal vollständig delaminierten, kationenaustauschfähigen Schichtsilikates mit einem organischen Oniumsalz in wäßriger Suspension und anschließender mechanischer Abtrennung des Wassers ohne nachfolgende Trocknung, als rheologisches Additiv in organischen Medien und zum Beschichten von Papier.
  • Diese organophilen Schichtsilikate werden erhalten nach an sich bekannten Methoden, die deshalb nicht näher erläutert werden müssen. Als kationenaustauschfähige, in Wasser kolloidal vollständig delaminierte Schichtsilikate kommen alle synthetischen oder natürlichen smektitischen Schichtsilikate in Frage, vorzugsweise Bentonit oder Montmorillonit, der neben einem smektischen Schichtsilikat noch 25 - 30 Gew.-% Verunreinigungen in Form anderer Minerale enthalten kann. Die Minerale werden mit einer wäßrigen Lösung von Oniumverbindungen, wie beispielsweise Phosphoniumverbindungen, vorzugsweise jedoch quartären organischen Ammoniumsalzen behandelt, wobei diese Verbindungen zwischen die Schichten dieser Minerale eingelagert werden. Als quartäre organische Ammoniumsalze kommen insbesondere in Frage Verbindungen der
    Formel
    Figure imgb0001
     wobei R1 C8-C22-Alkyl oder C8-C22-Alkenyl, R2 C1-C4-Alkyl und A ein Anion, bevorzugt Chlorid oder Methosulfat bedeuten. Besonders bevorzugt ist die Verbindung Distearyl- di-methyl-ammonium-chlorid. Wenn das Schichtsilikat mit dem quartären organischen Ammoniumsalz beladen ist, wird vom Wasser abfilitriert bzw. abgepreßt. Dies geschieht nach den üblichen Verfahren der Trenntechnik. Der dabei anfallende Filterkuchen besteht, in Abhängigkeit von der Reinheit der Schichtsilikate zu ca. 65 bis 83 % aus Wasser und wird erfindungsgemäß in dieser Form unmittelbar als rheologisches Additiv in organischen Medien eingesetzt.
  • Organische Medien im Sinne dieser Erfindung sind beispielsweise Farben, Lacke, Anstriche, Kitte, Schmierfette, Kosmetika, Abbeizmittel, Spachtelmassen und ähnliche Zubereitungen mit einem Gehalt an organischen Lösemitteln. In all diesen Systemen bewirken die wasserhaltigen organophil modifizierten Schichtsilikate gemäß der Erfindung einen thixotropierenden Effekt. Durch diesen Effekt lassen sich die genannten Zubereitungen leichter verarbeiten. Daneben verhindern diese Schichtsilikate auch ein Absetzen der unlöslichen Komponenten, z.Bsp. der Pigmente innerhalb dieser Medien. Als weiterer überraschender Effekt wurde bei diesen wasserhaltigen organophilen Schichtsilikaten gefunden, daß hier die verdickende Wirkung deutlich höher ist im Vergleich zu den analogen handelsüblichen Produkten mit gleichem Feststoffgehalt, denen aber das Wasser durch Trocknung unter Erhitzen entzogen wurde.
  • Die Art und Weise der Zugabe dieser wasserhaltigen organophil modifizierten Schichtsilikate zu der organischen Medien erfolgt nach an sich bekannten Methoden. Auch die Menge dieser rheologischen Additive liegt im Bereich dessen, was dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist (ca. 0,5 bis 3 Gew.-%).
  • Besonders eignen sich die erfindungsgemäßen wasserhaltigen organophilen Schichtsilikate zum Beschichten von Papier. Aus wirtschaftlichen Überlegungen heraus ist man bestrebt, bei Druckerzeugnissen mit hoher Auflage, beispielsweise bei Zeitschriften oder Versandkatalogen, Dünndruckpapiere zu nehmen. Hierbei ergeben sich aber Probleme hinsichtlich der Opazität, d.h. es kommt beim Drucken zu einem störenden Durchscheinen des Druckes auf die andere Seite des Papiers. Zur Verhinderung dieses Effekts ist es bereits bekannt (EP-A-192 252), Papier mit einem organophilen Komplex aus einem smektischen Schichtsilikat und einer quartären organischen Ammoniumverbindung aus einer Suspersion in organischen Lösemitteln zu beschichten. Das Ausgangsmaterial liegt hier in einer Form vor, der durch Erwärmen das Wassers möglichst weitgehend entzogen wurde. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nun gefunden, daß man bei diesem Verfahren (solvent coating) auf die Trocknung des organophil modifizierten Schichtsilikats verzichten und direkt den wasserhaltigen Preßkuchen dieses organophil modifizierten Schichtsilikats einsetzen kann. Überraschend dabei ist, daß das Wasser in dem Preßkuchen die Homogenität des organischen Gesamtsystems nicht stört. Das Wasser verbleibt in der inneren Phase und es tritt keine Quellung der Papierfasern auf, wie es bei einem wäßrigen Strich der Fall wäre. Dieser Befund ist deshalb von größerer Bedeutung, da in Zukunft solche "solvent coating" Verfahren auf der Basis von Toluol oder Testbenzin zunehmend an Bedeutung gewinnen. Der Feststoffgehalt (d.h. ohne den Gehalt an Wasser aus dem Preßkuchen) beträgt bei solchen Suspensionen ca. 3 bis 9 Gew.-%. Diese "solvent coating" Suspensionen können außerdem noch Weißpigmente (TiO2) enthalten. Infolge der Fähigkeit der organophil modifizierten Schichtsilikate zur Filmbildung werden diese Weißpigmente von den Schichtsilikaten gut auf dem Papier gebunden; eines zusätzlichen Bindemittels bedarf es daher nicht. Man erhält auf diese Weise einen guten Hold-out-Effekt, d.h. eine Verhinderung des Durchschlagens auf dem bedruckten Papier.
    • Beispiele
  • Ein handelsüblicher, nicht gereinigter Na-Bentonit (Austauschkapazität 80 mVal/100 g) wurde in einer heißen Lösung von Di-stearyl-di-methyl-ammonium-chlorid verrührt bei einem Verhältnis der beiden Produkte von 69 Gew.-% Na- Bentonit und 31 Gew.-% quartäres organisches Ammoniumsalz. Nach Beeendigung der Reaktion wurde abfiltriert und der nunmehr organophil modifizierte Bentonit wurde auf einen Feststoffgehalt von ca. 31 Gew.-% abgepreßt. Dieser Filterkuchen wurde in Toluol dispergiert und in dünner Schicht auf ein Papierblatt aufgebracht und getrocknet. Die Einzelheiten der Beispiele und die jeweilige Bewertung des Hold-out-Effekts ergeben sich aus den folgenden Tabellen 1 und 2.
  • Wie die Beispiele zeigen, erhält man mit den wasserhaltigen organophilen Schichtsilikaten gemäß der vorliegenden Erfindung einen sehr guten Hold-out-Effekt. Die Beispiele in der Tabelle zeigen, daß man mittels der Dispersion des organophil modifizierten Schichtsilikats in Toluol auch übliche Weißpigmente auf das Papier aufbringen und dort fest verankern kann; eines zusätzlichen Bindemittels bedarf es dabei nicht. Tabelle 1
    1 2 3
    Toluol 87,5 g 85 g 82,5 g
    Filterkuchen 12,5 g 15 g 17,5 g
    Viskosität nach Brookfield in mPas bei 100 UpM nach 2 Tagen 308 528 720
    Auftragsgewicht (g/m2) 1,5 - 1,8 1,6 - 1,7 1,4 - 1,6
    hold-out gut gut gut
    Auftragsgewicht (g/m2) 2,3 - 2,5 2,8 - 3,0 2,5 - 2,7
    hold-out sehr gut am besten sehr gut
    Tabelle 2
    3 4 5
    Toluol ad 100 ad 100 ad 100
    Filterkuchen 15 g 15 g 15 g
    Titandioxid 0,4 g
    Chinaclay 0,4 g
    optischer Aufheller 0,1 g
    Viskosität nach Brookfield in mPas bei 100 UpM nach 2 Tagen 298 324 216
    Auftragsgewicht (g/m2) 1,3 1,4 1,5
    hold-out gut gut gut

Claims (5)

  1. Verwendung von wasserhaltigen organophilen Schichtsilikaten, erhalten durch die Umsetzung eines in Wasser kolloidal vollständig delaminierten, kationenaustauschfähigen Schichtsilikates mit einem organischen Oniumsalz in wässriger Suspension und anschließender mechanischer Abtrennung des Wassers ohne nachfolgende Trocknung, als rheologisches Additiv in organischen Medien.
  2. Verwendung von wasserhaltigen organophilen Schichtsilikaten, erhalten nach Anspruch 1 zum Beschichten von Papier aus einer Suspension in nicht mit Wasser mischbaren organischen Lösemitteln.
  3. Verwendung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Umsetzung mit dem Oniumsalz verwendete Schichtsilikat ein Na-Bentonit ist.
  4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Oniumsalz ein organisches quartäres Ammoniumsalz ist.
  5. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oniumsalz Di-stearyl-dimethylammonium-chlorid ist.
EP91120840A 1990-12-06 1991-12-04 Verwendung von wasserhaltigen organophilen Schichtsilikaten als rheologisches Additiv und zum Beschichten von Papier Expired - Lifetime EP0489422B1 (de)

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