CH666486A5 - Formulierung mit hohem feststoffgehalt zur beschichtung von fasrigen, bahnfoermigen produkten, beschichtungsverfahren und beschichtete produkte. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft Formulierungen zur Beschichtung von fasrigen, bahnförmigen Produkten, wie zum Beispiel Papier, die Latex enthalten.

Papier wird oft mit mineralischen Füllstoffen versehen, wie zum Beispiel Ton, Kalziumkarbonat und Titan-dioxid. Derartige Füllstoffe werden verwendet, um die Undurchsich-tigkeit, bzw. die Opazität des Papierproduktes zu erhöhen.

Bei der Durchführung von Papiererzeugungsverfahren ist es auch vorteilhaft, Beschichtungen und/oder Bindemittel anzuwenden. Beispielsweise werden synthetische Latices und natürliche Bindemittel, wie zum Beispiel Proteine oder auch Stärke, entweder allein als Beschichtungen angewandt oder als Komponenten von Pigment enthaltenden Beschichtungen, um die Festigkeit des Papieres zu erhöhen. Die Verwendung von synthetischen Latices als Bindemittel wurde deshalb üblich, weil derartige Latices wünschenswerte Eigenschaften besitzen.

Beschichtungen werden oft auf fortlaufende Bahnen von Materialien aufgetragen, beispielsweise Papierbahnen, indem man Beschichtungsvorrichtungen einsetzt, die mit hoher Geschwindigkeit arbeiten. Wenn man beispielsweise einen mit einer Klinge versehenen Beschichtungsapparat anwendet, dann können die Eigenschaften der Beschichtung, die auf das Papier aufgetragen wird, verändert werden, indem man die Dicke der Klinge oder den Winkel der Klinge des Beschichters ändert oder indem man die Höhe des Druckes ändert, der angewandt wird, um das Beschichtungsmaterial durch die Klinge zu pressen oder indem man die Fliesseigenschaften des Beschichtungsmateriales selber ändert.

Es ist wünschenswert, dass Latices, die unter Verwendung von Beschichtungsvorrichtungen aufgetragen werden, in Form von getrennten, beständigen und sich frei bewegenden Teilchen aufrecht erhalten werden, damit eine Rinnfähigkeit ohne Auftritt von Störungen hervorgerufen wird. Wenn man jedoch eine Latex enthaltende Beschichtungsfor-mulierung der Einwirkung hoher Scherkräfte unterwirft, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn man mit einer Beschich-tungsmaschine arbeitet, die eine Klinge aufweist, dann kann die Formulierung die Eigenschaft besitzen, bei der Einwirkung von Scherkräften dünner zu werden oder bei der Einwirkung von Scherkräften zu verdicken.

Eine Verdickung der Formulierung bei der Einwirkung von Scherkräften kann vermindert werden, indem man den Feststoffgehalt der Beschichtungsformulierung herabsetzt. Obwohl eine Verminderung der Menge an Feststoffen die Fliesseigenschaften der Formulierung verbessert, kann dennoch die Qualität einer so erzielten Beschichtung nachteilig beeinflusst werden, und zwar aufgrund des niederen Be-schichtungsgewichtes, das aufgebracht wird oder aufgrund einer zu starken Einwanderung oder eines zu starken Eintauchens der Beschichtung in das fasrige Substrat, beispielsweise in ein Papier. Es ist jedoch wünschenswert, zu gewährleisten, dass die Beschichtung auf der Oberfläche des Papieres aufgehalten wird, weil dadurch ein Papier erzeugt wird, das beim Bedrucken bessere Eigenschaften zeigt.

Beschichtungsformulierungen, die ansteigend hohe Gehalte an Feststoffen aufweisen, erleichtern die Herstellung von Beschichtungen hoher Qualität. Typischerweise werden solche Beschichtungen mit hohen Feststoffgehalten erreicht, indem man trockenes Pigment zu Pigmentbreien zusetzt. Wenn man jedoch einen Latex mit hohem Feststoffgehalt einsetzt, dann müssen geringere Mengen an trockenem Pigment zugesetzt werden, oder es ist überhaupt nicht nötig, trockenes Pigment beizugeben. Ausserdem sind Beschichtungen mit hohen Feststoffgehalten wünschenswert, weil mit ihrer Hilfe die Produktionsgeschwindigkeiten erhöht werden können und die Energiekosten vermindert werden können.

Bisher übliche Ausführungsarten von Latices mit hohen Feststoffgehalten sind jedoch bezüglich ihrer Verwendung als Papierbeschichtungen eingeschränkt, und zwar aufgrund der hohen Viskosität der so erhaltenen Beschichtungsformulierung bei der Einwirkung von grossen Scherkräften. Dies führt dazu, dass die Beschichtungsformulierung schlecht an der Klinge der Beschichtungsapparatur abfliesst. Typischerweise zeigt sich ein solches schlechtes Abfliessen daran, dass in der Beschichtung eine Ausbildung von Kratzspuren oder von unregelmässigen Streifen sichtbar wird oder darin, dass

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

666 486

man das Beschichtungsgewicht nicht mehr genau einstellen kann, d.h. dass entweder sehr hohe Beschichtungsgewichte aufgebracht werden und/oder dass ungleichmässige Beschichtungen entstehen.

Aufgrund der Nachteile, die bei bisher bekannten Be-schichtungszusammensetzungen festgestellt wurden, wäre es sehr wünschenswert, ein Mittel zur Verfügung zu stellen, das zur Herstellung von beschichteten Papieren oder beschichteten fasrigen, bahnförmigen Materialien geeignet ist, wobei dieses Material eine Formulierung ist, die hohe Feststoffgehalte an einem synthetischen Latex aufweist, der eine gute Fliessfähigkeit während der Aufbringung mit entsprechenden Vorrichtungen aufweist, beispielsweise mit einer Be-schichtungsvorrichtung, die mit einer Klinge versehen ist.

Überraschenderweise zeigte es sich, dass die angestrebten Ziele mit Hilfe der erfmdungsgemässen Formulierungen erreicht werden können, bei denen ein in zwei Formen vorliegender synthetischer Latex in einem wässrigen Medium di-spergiert ist, wobei die beiden Formen des Latex unterschiedliche mittlere Teilchengrössen aufweisen.

Die Erfindung ist durch die Merkmale in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die kleinen Latexteilchen der genannten beiden unterschiedlichen Latexformen gewährleisten einen Anstieg in dem Feststoffgehalt und eine Abnahme bezüglich der Viskosität bei der Einwirkung von hohen Scherkräften auf die Formulierung, und zwar im Vergleich zu derjenigen Viskosität einer Formulierung, die einen monodispersen Latex einer solchen Teilchengrösse enthält, die ähnlich derjenigen der grossen Latexteilchen in dem aus zwei Formen vorliegenden Latex ist.

Die grossen Latexteilchen des in zwei Formen vorliegenden synthetischen Latex erhöhen den Feststoffgehalt der Formulierung bei der Einwirkung niederer Scherkräfte im Vergleich zu einer Formulierung, die einen monodispersen Latex einer solchen Teilchengrösse enthält, die ähnlich derjenigen der kleinen Latexteilchen des in zwei Formen vorliegenden Latex ist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Beschichtung von bahnförmigen oder blattförmigen fasrigen Materialien, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man auf sie eine erfindungsgemässe Formulierung aufbringt. Bevorzugte bahnförmige oder blattförmige Materialien, die nach diesem Verfahren beschichtet werden, sind Papierarten. Vorzugsweise wird die Beschichtung unter Verwendung einer Beschichtungsvorrichtung durchgeführt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein beschichtetes bahnförmiges oder blattförmiges fasriges Material, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es auf mindestens einer der Oberflächen mit einer erfmdungsgemässen Formulierung gleichmässig beschichtet ist.

Wenn man nach dem erfmdungsgemässen Verfahren unter Verwendung der erfmdungsgemässen Beschichtungsmate-rialien arbeitet, dann erreicht man eine leichte Auftragung einer Latexbeschichtung auf das fasrige, bahnförmige oder blattförmige Material, beispielsweise Papier, und zwar aufgrund der geringen Viskosität der erfmdungsgemässen Zusammensetzung, der guten Fliessfahigkeit derselben und der guten Theologischen Eigenschaften bei Anwendung hoher Scherkräfte, die durch die Verwendung des in zwei Teilchen-grössenverteilungen vorliegenden Latex erreicht werden.

Im Zusammenhang mit der Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird der Ausdruck «hohe Feststoffgehalte» verwendet, um eine Formulierung zu beschreiben, die eine di-spergierte Phase und eine kontinuierliche Phase enthält, wobei der Volumenanteil der dispergierten Phase sich demjenigen Grenzwert nähert, bei welchem die Formulierung keine für die Verwendung geeignete Viskosität mehr aufweist.

In gleicher Weise bedeutet der Ausdruck «Latex mit einem hohen Feststoffgehalt» eine Latexformulierung, die Latexteilchen in solchen Mengen enthält, dass die Formulierung diejenige Grenze erreicht, bei der die fragliche Formulierung nicht mehr eine für die Bearbeitung nötige Viskosität bei Einwirkung niedriger Scherkräfte aufweist.

In gleicher Weise ist unter dem Ausdruck «Beschichtungen mit hohen Feststoffgehalten» eine Beschichtungsformulierung zu verstehen, die Feststoffe enthalten kann, wie zum Beispiel natürliche Bindemittel, verschiedene Arten von Ton, synthetische Latices usw., wobei bei einer speziellen Formulierung diese die Feststoffe in solchen Mengen enthält, dass die Formulierung sich derjenigen Grenze nähert, in der die fragliche Formulierung aufgrund ihrer Viskosität bei Einwirkung hoher Scherkräfte nicht mehr verarbeitbar ist.

Unter dem Ausdruck «Viskosität, bei der die Formulierung nicht mehr verarbeitet werden kann» versteht man,

dass die Formulierung zu dick ist, dass sie bei den üblichen Arbeitsverfahren zur Beschichtung von Papier gehandhabt und verwendet werden kann.

Die Erfindung sei nun anhand von bevorzugten Ausführungsarten näher erläutert.

Der erfindungsgemässe, in zwei Formen vorliegende Latex enthält einen Anteil an Latexpartikeln einer grossen Teilchengrösse und einen Anteil an Latexpartikeln einer kleinen Teilchengrösse.

Es ist wünschenswert, solche Latexpartikel einer grossen Teilchengrösse zu verwenden, deren Durchmesser im Bereich vom etwa 2,5-fachen bis etwa 10-fachen des Durchmessers der Latexteilchen mit kleiner Teilchengrösse liegt. Speziell bevorzugt ist es dabei, wenn die Latexteilchen der grossen Teilchengrösse einen Durchmesser aufweisen, der etwa dem dreifachen bis etwa dem vierfachen des Durchmessers der Latexteilchen mit der kleinen Teilchengrösse entspricht.

Es ist ferner wünschenswert, wenn der Gewichtsprozentsatz der Latexteilchen mit der grossen Teilchengrösse in der Latexformulierung grösser ist, als der Gewichtsprozentsatz an Latexteilchen mit der kleinen Teilchengrösse in der fraglichen Latexformulierung.

Beispielsweise kann eine Zusammensetzung aus einem Styrol-Butadienlatex verwendet werden, die etwa 50 bis etwa 98 Gew.-%, vorzugsweise etwa 60 bis etwa 80 Gew.-% an Latexteilchen einer grossen Teilchengrösse enthält und ferner etwa 2 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise etwa 20 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% an Latexteilchen einer kleinen Teilchengrösse.

Für den Fachmann auf diesem Gebiete ist es klar, dass der Anteil an Latexpartikeln mit der grossen Teilchengrösse und der Anteil an Latexpartikeln mit der kleinen Teilchengrösse, sowie die jeweilige Teilchengrössenverteilung der Teilchen und die Menge der Feststoffe, die in der Formulierung angewandt werden, von dem jeweils eingesetzten Latex abhängig sein kann und/oder auch von der jeweils zur Beschichtung zu verwendenden Beschichtungsvorrichtung.

In den erfmdungsgemässen, in zwei Formen vorliegenden Latexformulierungen können die Latexteilchen mit der grossen Teilchengrösse eine solche Teilchengrösse besitzen, dass ihr Durchmesser im Bereich von etwa 0,15 Mikrometer (1500 Â) bis etwa 1 Mikrometer (10 000 Â) und speziell bevorzugt im Bereich von etwa 0,18 Mikrometer (1800 Â) bis etwa 0,3 Mikrometer (3000 Â) liegt. Ferner können in der Latexformulierung die Latexteilchen mit der kleinen Teilchengrösse in ihrer Grösse so variieren, dass ihr Durchmesser im Bereich von etwa 0,05 Mikrometer (500 Â) bis etwa

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

666 486

4

0,1 Mikrometer (1000 Â), und speziell bevorzugt, im Bereich von etwa 0,06 Mikrometer (600 Â) bis etwa 0,08 Mikrometer (800 À) liegt.

Die erfmdungsgemässen Latexteilchen werden aus Kombinationen von Monomeren so hergestellt, dass die erhaltenen Teilchen ausreichende haftende Eigenschaften gegenüber dem fasrigen, bahnförmigen Substrat aufweisen, auf das sie in Form einer bindenden Beschichtung aufgebracht werden, beispielsweise gegenüber einem entsprechenden Papiersubstrat. Praktisch jeder Latex kann als Bindemittel zur Beschichtung von Papier angewandt werden und er kann in Form einer aus zwei Latexformen bestehenden Beschichtung erzeugt werden, sodass er für die vorgesehenen Zwecke geeignet ist.

Es ist ferner wünschenswert, wenn der Latex carboxyliert ist, weil dadurch die Beständigkeit des Kolloides erhöht ist und dementsprechend das Ausmass der Bindungsfähigkeit an das fasrige Substrat, beispielsweise Papier, und die Pigmente.

Typische Beispiele für Monomermaterialien, die nützlich zur Herstellung der erfmdungsgemässen Latices sind und Verfahren zur Herstellung der einzelnen getrennten Teilchen werden in den USA Patentschriften Nr. 3 404 116 und 3 399 080 angeführt. Alles, was in diesen Veröffentlichungen steht, gilt durch Bezugnahme auf die fragliche Literaturstelle auch für die vorliegende Erfindung. Andere Monomermaterialien, die zur Herstellung von erfindunsgemässen Latices geeignet sind, können Olefine miteinschliessen, wie beispielsweise Äthylen und Propylen und ferner auch solche Monomermaterialien, wie Vinylchlorid und Vinylidenchlorid.

Zu den speziell bevorzugten Latices gehören modifizierte Styrol-Butadienlatices, wie zum Beispiel Styrol-Butadien-Acrylsäure-Latex, Styrol-Butadien-Acrylsäure-Itakonsäure-Latex, Styrol-Butadien-Vinylidenchlorid-Latex, Styrol-Buta-dien-ß-Hydroxyäthylacrylat-Latex und/oder Styrol-Buta-dien-ß-Hydroxyäthylacrylat-Acrylsäure-Latex.

Bei der Herstellung der Latices ist es auch wünschenswert, einen relativ kleinen Anteil an Polymerpartikeln, beispielsweise einen sogenannten keimbildenden Latex, beim Beginn der Teilchenbildung zu verwenden.

Die Latices, die getrennte und unterschiedliche Teilchen-grössen in bestimmten Grössenbereichen aufweisen, werden dann miteinander vermischt, wobei man den in zwei Formen vorliegenden Latex erhält.

Gemäss einer anderen Ausführungsart können die in zwei Formen vorliegenden Latices hergestellt werden, indem man während des Abiaufens eines üblichen Emulsionspolymerisationverfahrens in der Zwischenzeit keimbildenden Latex zusetzt.

Das erfindungsgemässe Verfahren gewährleistet eine gute Abstimmung zwischen zwei wünschenswerten Eigenschaften. Es ist wünschenswert, dass die Rinnfähigkeit, bzw. Fliessfähigkeit des Latex gut ist, damit er leicht und wirksam, unter Verwendung einer Beschichtungsvorrichtung, aufgetragen werden kann. Das heisst, es ist wünschenswert, dass die Viskosität des Latex bei der Einwirkung von hohen Scherkräften gering ist. Diese Eigenschaft wird im allgemeinen erreicht, indem man Latices verwendet, die Teilchen im Bereich einer kleinen Teilchengrösse besitzen.

Es ist jedoch auch wünschenswert, dass der Latex einen hohen Feststoffgehalt aufweist. Latices mit hohen Feststoffgehalten sind typischerweise aus Teilchen mit relativ grossen Tei Ichengrössen zusammengesetzt. Derartige Latices haben im allgemeinen eine breite Verteilung bezüglich der vorhandenen Teilchengrössen. Derartige Latices, die Teilchen mit grossen Teilchengrössen enthalten, weisen jedoch nicht die Eigenschaft auf, dass sich diese grossen Teilchen gut gegeneinander bewegen, wenn man die Formulierung einer Einwirkung von hohen Scherkräften unterwirft.

Die erfmdungsgemässen, in zwei Formen vorliegenden Latices zeigen im Gegensatz dazu einen hohen Feststoffgehalt und eine annehmbar geringe Viskosität bei der Einwirkung von grossen Scherkräften und auch geringen Scherkräften.

In der vorliegenden Beschreibung sind unter dem Ausdruck «geringe Scherkräfte» Scherverhältnisse von weniger als etwa 1000 sec-1 zu verstehen. Andererseits sind unter dem Ausdruck «hohe Scherkräfte» Scherverhältnisse von mehr als etwa 10 000 sec-1 zu verstehen.

Typischerweise führt die hier beschriebene Verwendung eines aus zwei Formen aufgebauten Latex, beispielsweise eine Verwendung als Bestandteil von Beschichtungsformulie-rungen, zu einer besseren Fliessfähigkeit oder Rinnfähigkeit der Formulierung, verglichen mit einer entsprechenden Formulierung, die einen Latex einer grossen monodispersen Teilchengrösse enthält. Aus diesem Grund können bei Verwendung der in zwei Formen vorliegenden Latices Beschich-tungsformulierungen mit einem höheren Feststoffgehalt verwendet werden, verglichen mit solchen Formulierungen, die unter Verwendung eines entsprechenden monodispersen Latex hergestellt wurden.

Des weiteren führt die Verwendung der in zwei Formen vorliegenden Latices zu Beschichtungsformulierungen, welche eine Fliessfähigkeit der Beschichtung zeigen, d.h. eine niedrige Viskosität bei Einwirkung hoher Scherkräfte, die vergleichbar ist oder besser ist als diejenige eines üblichen monodispersen Latex mit kleiner Teilchengrösse.

Die erfmdungsgemässen Beschichtungsformulierungen enthalten in einem wässrigen Medium eine Menge eines fein verteilten mineralischen Füllstoffes und einen in zwei Formen vorliegenden Latex. Beispiele für mineralische Füllstoffe umfassen diejenigen, die dem Fachmann auf diesem Gebiete bekannt sind, wie zum Beispiel Ton, Titandioxid und ähnliches.

Die Menge an Füllstoff, die angewandt wird, kann unterschiedlich sein, je nach der Dichte des Füllstoffes und je nach den Beschichtungseigenschaften, die erwünscht sind.

Typische Beschichtungsformulierungen enthalten etwa 100 Gewichtsteile Füllstoff und etwa 2 bis etwa 20 Gewichtsteile, vorzugsweise etwa 14 bis etwa 18 Gewichtsteile an dem in zwei Formen vorliegenden Latex.

Bei der Herstellung der Beschichtungsformulierungen wird jede der weiter oben erwähnten Komponenten in einem wässrigen Medium gemischt, sodass man eine Formulierung erhält, die einen Feststoffgehalt von etwa 60 bis etwa 75 Gewichtsprozent Feststoffen aufweist. Typische erfindungsgemässe Beschichtungsformulierungen liegen in ihrem Feststoffgehalt mindestens etwa 1 % höher als diejenigen Formulierungen, die monodisperse Latices enthalten oder sehr stark multidisperse Latices enthalten und sie zeigen dennoch vergleichbare Viskositäten. Es ist für den Fachmann auf diesem Gebiet klar, dass weitere zu den fraglichen Anwendungszwecken üblicherweise eingesetzte Zusatzstoffe vorhanden sein können. Zu diesen weiteren Zusatzstoffen gehören Co-bindemittel, Verdickungsmittel, Hilfsmittel zur Zurückhaltung von Wasser und ähnliches. Alle diese weiteren Zusätze können der Beschichtungsformulierung beigegeben werden. Derartige weitere Zusätze sind in der weiter vorne genannten USA Patentschrift Nr. 3 399 080 beschrieben.

Die hier beschriebenen Beschichtungen werden auf das bahnförmige, fasrige Material, vorzugsweise Papier, besonders vorteilhaft, unter Verwendung von Beschichtungsvorrichtungen aufgetragen, wie zum Beispiel unter Verwendung von Beschichtungsvorrichtungen mit Klingen, die beispielsweise in «Coating Equipment and Processes» von O.L.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

666486

Booth, Lookwood Verlagsgesellschaft, 1970, beschrieben sind.

Das erfindungsgemässe Verfahren führt zu einer verbesserten Methode der Aufbringung einer Latexbeschichtungs-formulierung auf Papier, beispielsweise als Bindemittel oder als Färbemittel oder zu ähnlichem Zweck. Andere Arbeitsverfahren zur Aufbringung von Beschichtungen auf blattförmige oder bahnförmige fasrige Materialien, beispielsweise Papier, können die Verwendung von anderen Beschichtungsvorrichtungen umfassen, beispielsweise Luftbürstenbeschich-~ tungsmaschinen, Stab-Beschichtungsmaschinen, Walzen-Be-schichtungsmaschinen und ähnliche. Alle diese anderen verwendbaren Beschichtungsvorrichtungen werden in der oben genannten Literaturstelle näher erläutert.

Die in zwei Formen vorliegenden Latices werden besonders vorteilhaft in Form von hervorragend guten Beschich-tungsmaterialien für Papier eingesetzt.

Die erfmdungsgemässen, in zwei Formen vorliegenden Latices können jedoch auch in einem weiten Bereich von anderen Anwendungsgebieten eingesetzt werden, beispielsweise in solchen Beschichtungsformulierungen, wie Farbanstrichen, Anstrichen, und Imprägnierungsmitteln und auch in Haftmittelzusammensetzungen oder Klebemittelzusammensetzungen. In derartigen Anwendungsgebieten werden die in zwei Formen vorliegenden synthetischen Latices in geeigneter Weise nach üblichen Arbeitstechniken und Arbeitsverfahren angewandt, die üblicherweise zur Herstellung derartiger Produkte eingesetzt werden, wenn andere Typen an Latices für den gewählten Typ des herzustellen Endproduktes eingesetzt werden.

Die Erfindung sei anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert. Falls nicht ausdrücklich andere Angaben gemacht werden, beziehen sich alle Teile und Prozentsätze auf das Gewicht.

Beispiel 1

Latices, die 63% Styrol, 35% Butadien und 2% Acryl-säure/Itakonsäure enthalten, werden hergestellt, sodass man die entsprechenden monodispersen Latices der gewünschten Teilchengrössen erhält. Sie werden dann vermischt, sodass man den erwünschten in zwei Formen vorliegenden Latex erhält, wobei die beiden Teilchenarten die gewünschten Teilchengrössen aufweisen und die gewünschte Verteilung der Teilchengrössen eingehalten wird.

Die einzelnen Latices oder die Mischung aus den Latices wird dann konzentriert, indem man einen Rotationsverdampfer zu Laboratoriumszwecken einsetzt. Zu jeder der

Latexformulierungen gibt man eine ausreichende Menge an Natriumhydroxidlösung zu, bis der pH-Wert des carboxy-lierten Latex 7 beträgt. Die Viskosität bei Einwirkung geringer Scherkräfte jeder Latexformulierung wird bei 20 UpM 5 mit einer Spindel Nr. 3 auf einem Viskosimeter der Marke Brookfield RVT bei 22 °C bestimmt, und zwar nachdem die konzentrierte Latexformulierung mit einer ausreichenden Menge an entionisiertem Wasser verdünnt worden ist, sodass man Proben erhält, die Viskositäten von 1000 cPs und 1500 10 cPs aufweisen. Der Prozentgehalt jeder der Latexformulierungen bei der Viskosität von 1000 cPs und bei der Viskosität von 1500 cPs ist in der weiter hinten angegebenen Tabelle I angeführt.

Jede der konzentrierten Latexformulierungen, die nach 15 dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, wird mit Ton vermischt, und zwar in einer Menge von 14 Teilen Latexfeststoffen pro 100 Teile Ton. Als Ton wurde der Ton Hydrafine™ Nr. 1 verwendet, wobei dieser mit 0,1 Teilen an Tetranatriumpyrophosphat und einem Natriumacrylatdi-spersionsmittel pro 100 Teilen Ton vermischt wurde, um zu gewährleisten, dass der Ton in geeigneter Weise dispergier-bar ist. Der pH-Wert der den Ton und den Latex enthaltenden Formulierung wird dann mit Natriumhydroxidlösung auf 8,5 eingestellt und man stellt dann die Mischung auf einen Feststoffgehalt von 67,5% an Feststoffen ein. Die sofort auftretenden Viskositäten, bei denen sich also noch kein Gleichgewicht eingestellt hat, jeder der Formulierungen werden mit dem E-Senkkörper eines Viskosimeters zur Bestimmung hoher Scherkräfte bestimmt, nämlich unter Verwendung des Gerätes mit der Bezeichnung «Hercules high shear viscometer», wobei man bei der maximalen Anzahl an Upm, nämlich 4400 misst, was einem Scherverhältnis von 45 850 sec-1 entspricht.

Die Viskosität jeder Formulierung beim Maximum der 35 hohen Scherkräfte wird bestimmt. Die dabei erhaltenen Resultate sind ebenfalls in der nachfolgenden Tabelle I zusammengestellt.

Jede der Ton und Latex enthaltenden Formulierungen wird dann nach und nach mit entionisiertem Wasser verdünnt, bis die festgestellte Viskosität bei Einwirkung der maximalen Scherkräfte vergleichbar ist. Das heisst, dass die Menge der Feststoffe in jeder Formulierung durch diese Verdünnung vermindert wird, bis man eine festgestellte Viskosität bei Einwirkung der maximalen hohen Scherkräfte von 34 cPs erreicht hat. Die dabei erzielten Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle I zusammengestellt.

20

25

30

40

45

Tabelle I

Probe

Teilchen

Teilchen

Prozentsatz an

Viskosität bei

Prozentsatz

grösse des verteilung

Feststoffen bei:

der Einwirkung

Feststoffe bei

Latex des Latex

1000 cPs 1500 cPs hoher Scher der Einwirkung

kräfte in cPs hoher Scherkräfte

Erfindungs

gemässe

Proben:

1

0,21/0,072

60,3/39,7

59,5

60,3

61

65

2

0,21/0,072

76,8/23,2

60,9

62,1

65

64,5

3

0,21/0,072

90,5/9,5

59,7

60,6

77

64,0

Proben zu

Vergleichs

zwecken:

C-l

0,072

—

50,2

51,0

45

66

C-2

0,1324

-

55,3

56,6

60

64,5

C-3

0,21

-

59,1

59,5

85

63,3

666 486

6

io

15

In der zweiten Spalte der Tabelle I ist die Teilchengrösse des Latex in Mikrometer angegeben. Bei den erfmdungsgemässen, in zwei Formen vorliegenden Latexzusammensetzungen ist zunächst die Teilchengrösse der grossen Teilchen, und nach dem schrägen Strich die Teilchengrösse der kleinen Teilchen angeführt. Bei den monodispersen Formulierungen der Proben zu Vergleichszwecken ist ebenfalls die Teilchengrösse angeführt.

In der dritten Spalte der Tabelle I ist die Verteilung der Teilchengrössen in den erfmdungsgemässen Proben mit dem in zwei Formen vorliegenden Latex angeführt. In dieser dritten Spalte ist zunächst die Anzahl der Latexteilchen mit grosser Teilchengrösse angeführt und hinter dem schrägen Strich die Anzahl der Latexteilchen mit kleiner Teilchengrösse.

In der vorletzten Spalte der Tabelle I ist die Viskosität bei Einwirkung hoher Scherkräfte in cPs angeführt. Es handelt sich dabei um die Angabe der Viskosität bei der Einwirkung hoher Scherkräfte, unter Verwendung von vergleichbaren Feststoffgehalten von 67,5% bei einem Beschichtungsan- 20 strich.

In der letzten Spalte der Tabelle I ist die Menge an Feststoffen bei der Einwirkung von hohen Scherkräften angegeben. Es handelt sich dabei um die Menge an Feststoffen in einer Latex und Ton enthaltenden Formulierung, die nötig ist, damit man eine festgestellte Viskosität von 34 cPs bei der Einwirkung hoher Scherkräfte erreicht. Es handelt sich dabei um die Menge an Feststoffen, die in Proben festgestellt wird, welche eine vergleichbare Fliessfähigkeit oder Rinnfähigkeit besitzen.

Die in der Tabelle I angeführten Ergebnisse zeigen, dass die Formulierungen Nr. 1-3, welche den in zwei Formen vorliegenden Latex enthalten, bei der Einwirkung von niederen Scherkräften, grössere Mengen an Feststoffen enthalten, als entsprechende Formulierungen, die einen Gehalt an einem monodispersen Latex aufweisen.

Die in der Tabelle I angeführten Ergebnisse zeigen ferner an, dass die erfmdungsgemässen Formulierungen eine bessere Abstimmung der erwünschten Eigenschaften aufeinander besitzen, nämlich einerseits hohe Feststoffgehalte aufweisen und andererseits eine gute Rinnfähigkeit oder Fliessfähigkeit zeigen. Beispielsweise hat die Probe zu Vergleichszwecken C-l eine sehr niedrige Viskosität bei der Einwirkung hoher Scherkräfte, was heisst, dass sie eine gute Fliessfähigkeit oder Rinnfähigkeit aufweist. Ferner ist der Feststoffgehalt der Probe Nr. C-l ziemlich hoch bei der Einwirkung von ho25

30

35

40

45

hen Scherkräften, jedoch ist der Feststoffgehalt bei der Einwirkung von niederen Scherkräften sehr gering.

Im Gegensatz dazu zeigt die Probe zu Vergleichszwecken Nr. C-3 eine Eigenschaft, die als schlechte Fliessfähigkeit oder Rinnfähigkeit bezeichnet werden kann, jedoch einen relativ niederen Feststoffgehalt bei der Einwirkung von hohen Scherkräften.

Im Gegensatz dazu zeigen die erfmdungsgemässen Proben Nr. 1-3 sowohl relativ niedrige Viskositäten bei Einwirkung von hohen Scherkräften als auch relativ hohe Feststoffgehalte. Diese Werte zeigen an, dass die fraglichen Proben bei der Einwirkung von hohen Scherkräften gute Theologische Eigenschaften aufweisen.

Beispiel 2

Latices werden nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt, miteinander vermischt und konzentriert. Der pH-Wert jeder Latexformulierung wird auf 7 eingestellt, indem man eine Natriumhydroxidlösung zusetzt.

Die konzentrierte Latexformulierung wird mit einem Ton, und zwar dem Ton mit der Bezeichnung «Hydrafine™ Nr. 1» in einer Menge von 14 Teilen Latex Feststoffen pro 100 Teilen Ton vermischt. Jede der Latex-Tonformulierungen wird so eingestellt, dass sie einen Feststoffgehalt von 68% Feststoffen aufweist.

Bei jeder der Formulierungen werden die aufscheinenden Viskositäten bei der Einwirkung von hohen Scherkräften bestimmt, und zwar nach dem Verfahren, das in Beispiel 1 erläutert wird. Die dabei erzielten Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle II angegeben. Jede Formulierung wird mit entionisiertem Wasser nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren verdünnt, bis man bei der Einwirkung der maximalen Scherkräfte eine Viskosität von 34 cPs erreicht. Die bei dieser Viskosität unter Einwirkung hoher Scherkräfte in den Proben vorhandenen Prozentsätze an Feststoffen sind ebenfalls in der Tabelle II angegeben.

Jede der Latex-Tonformulierungen wird als Beschichtung auf ein holzfaserfreies Publikationspapier aufgebracht, und zwar indem man eine Beschichtungsmaschine der Marke Black Clawson Co. verwendet, die mit einer frei hängenden Klinge ausgestattet ist. Jede Formulierung wird aufgebracht, indem man den vollen Klingendurck anwendet und eine Pa-piergeschwindigkeit von 213,36 Metern pro Minute (700 Fuss pro Minute) einhält. Die Menge an Beschichtung aus Latex und Ton, die bei jeder Formulierung pro 307 m2 an Papier (3300 Quadratfuss an Papier) erhalten wird, ist ebenfalls in der Tabelle II angegeben.

Tabelle II

Probe

Teilchengrösse des Latex

Verteilung der Teilchengrösse

Viskosität in cPs bei der Einwirkung von hohen Scherkräften

Prozentsatz an Feststoffen bei der Einwirkung von hohen Scherkräften

Beschichtungs-gewicht in Pfund pro 307 m2 ■ Papier

• an

Erfindungsgemässe Proben:

4

5

Proben zu Vergleichszwecken: C-4 C-5

0,212/0,072 0,1972/0,067

0.2103 0,141

75,1/24,9 60/40

90

75

109 74

67,5 67,9

66,6 67,8

5,42 4,96

6,11 4,66

7

666 486

In Tabelle II gilt für die Spalte «Teilchengrösse des Latex», sowie die Spalte «Verteilung der Teilchengrösse des Latex» das gleiche, was im Zusammenhang mit den Spalten 1 und 2 für Tabelle I weiter vorne erläutert wurde. Auch für die Spalte «Viskosität in cPs bei der Einwirkung von hohen Scherkräften» und für die Spalte «Prozentsatz an Feststoffen bei der Einwirkung von hohen Scherkräften» gilt in der vorangegangenen Tabelle II das gleiche, was im Zusammenhang mit den letzten beiden Spalten für Tabelle I erläutert wurde.

Die in der Tabelle II angeführten Ergebnisse zeigen, dass die erfmdungsgemässen Proben Nr. 4 und 5 eine gute Abstimmung der wünschenswerten Eigenschaften aufeinander aufweisen, nämlich eine gute Fliessfähigkeit, einen hohen Feststoffgehalt und ein gutes Beschichtungsgewicht bei der

Auftragung auf das Papier. An diesen Werten sieht man,

dass die fraglichen Proben bei der Einwirkung hoher Scherkräfte gute rheologische Eigenschaften besitzen.

Obwohl die Vergleichsprobe Nr. C-4 eine extrem schlech-5 te Rinnfähigkeit oder Fliessfähigkeit aufweist, und zwar aufgrund der grossen Teilchengrösse der monodispersen Teilchen, ist dennoch die Menge an Feststoffen bei der Einwirkung von hohen Scherkräften gering. Andererseits ist bei dieser Probe das Beschichtungsgewicht sehr gross. Dieses ho-io he Beschichtungsgewicht zeigt jedoch an, dass eine rauhe und ungleichmässige Beschichtung erzeugt wurde.

Die Probe des Vergleichsbeispiels C-5 zeigt ein sehr geringes Beschichtungsgewicht.

C

Claims (9)

666 486

1. Formulierung mit hohem Feststoffgehalt zur Beschich-tung von fasrigen, bahnförmigen oder blattförmigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Formulierung einen Feststoffgehalt von 60 bis 75 Gew.-% hat, basierend auf dem Gesamtgewicht der Formulierung, und dass sie ein wässriges Medium enthält, in welchem fein verteilte mineralische Füllstoffe und von 2 bis 20 Gewichtsteile mindestens eines in zwei Formen vorliegenden synthetischen La-texes dispergiert sind, wobei der Latex zwei getrennte Teil-chengrössenverteilungen besitzt, und wobei in jeder der beiden Formen unterschiedlicher Teilchengrösse die Teilchen im wesentlichen einen gleichmässigen Durchmesser im Bereich von 0,05 Mikrometer (500 Â) bis 0,1 Mikrometer (1000 Â) und von 0,15 Mikrometer (1500 Â) bis 1 Mikrometer

(10 000 A) besitzen, und dass der in zwei Formen vorliegende Latex von 50 bis 98 Gew.-% der grösseren Teilchen und von 2 bis 50 Gew.-% der kleineren Teilchen enthält.

2. Formulierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in zwei Formen vorliegende Latex ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Styrol/Butadien, Styrol/ Butadien/Acrylsäure, Styrol/Butadien/Vinylidenchlorid, Sty-rol/Butadien/ß-Hydroxyethylacrylat und Styrol/Butadien/ß-Hydroxyethylacrylat/Acrylsäure, oder Gemische davon.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Formulierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in zwei Formen vorliegende Latex ein Styrol/ Butadien/Acrylsäure/Itakonsäurelatex ist.

4. Verfahren zur BeSchichtung von bahnförmigen oder blattförmigen fasrigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass man auf sie die Formulierung gemäss Anspruch 1 aufbringt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bahnförmige oder blattförmige Material, das beschichtet wird, ein Papier ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Beschichtung unter Verwendung eines mit einer Klinge ausgestatteten Beschichtungsapparates durchführt.

7. Beschichtetes bahnförmiges oder blattförmiges fasriges Material, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es auf mindestens einer seiner Oberflächen beschichtet ist.

8. Beschichtetes bahnförmiges oder blattförmiges fasriges Material nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ein beschichtetes Papier ist.

9. Synthetischer Latex, dadurch gekennzeichnet, dass er ein in einem wässrigen Medium in zwei Formen vorliegender Latex ist, wobei der Latex zwei getrennte Teilchengrössen-verteilungen besitzt, und wobei in jeder der beiden Formen unterschiedlicher Teilchengrösse die Teilchen im wesentlichen einen gleichmässigen Durchmesser im Bereich von 0,05 Mikrometer (500 Â) bis 0,1 Mikrometer (1000 Â) und von 0,15 Mikrometer (1500 Â) bis 1 Mikrometer (10 000 Â) besitzen, und dass der in zwei Formen vorliegende Latex von 50 bis 98 Gew.-% der grösseren Teilchen und von 2 bis 50 Gew.-% der kleineren Teilchen enthält.