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

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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

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.

[0006] 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.

[0007] 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.-%).

[0008] 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

[0009] 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.

[0010] 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

Ansprüche

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.

Claims

1. The use of water-containing organophilic phyllosilicates, obtained by the reaction of a phyllosilicate, which is completely delamonated colloidally in water and is capable of cation exchange, with an organic onium salt in aqueous suspension and subsequent mechanical removal of the water without subsequent drying, as a rheological additive in organic media.

2. The use of a water-containing organophilic phyllosilicate obtained according to claim 1 for coating paper from a suspension in organic solvents not mixable with water.

3. The use according to claims 1 and 2, characterized in that the phyllosilicate used for the reaction with the onium salt is a Na bentonite.

4. The use according to claim 1, characterized in that the organic onium salt is an organic quaternary ammonium salt.

5. The use according to claim 1 or claim 2, characterized in that the onium salt is distearyl-dimethyl-ammonium chloride.

Revendications

1. Utilisation de phyllosilicates organophiliques aquifères, obtenus par la réaction d'un phyllosilicate complètement délaminé colloïdalement dans de l'eau, capable d'échange de cations, avec un sel d'onium organique dans une suspension aqueuse et séparation mécanique suivante de l'eau sans séchage ultérieur, comme additif rhéologique dans des milieux organiques.

2. Utilisation de phyllosilicates organophiliques aquifères obtenus selon la revendication 1 pour revêtir du papier à partir d'une suspension dans des solvants organiques non miscibles avec de l'eau.

3. Utilisation selon la revendication 1 et 2, caractérisée en ce que le phyllosilicate utilisé pour la réaction avec le sel d'onium est une Na-bentonite.

4. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le sel d'onium organique est un sel d'ammonium quaternaire organique.

5. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le sel d'onium est le chlorure de distéaryl-diméthyl-ammonium.