Beschreibung

Die Erfindung betrifft wässrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füllstoffhalti- gem Papier, füllstoffhaltigem Karton und füllstoffhaltiger Pappe mit hoher Trockenfes- tigkeit.

Bei der Herstellung füllstoffhaltiger Papiere wird die Fü I Istoff slurry zu der Fasersuspension zugegeben, bevor diese zum Former der Papiermaschine weitergeleitet wird. Ein Retentionsmittel oder ein Retentionsmittelsystem wird in der Regel zu der Füll- stoff/Faserstoffsuspension zugesetzt, um soviel Füllstoff wie möglich im Papierblatt zu retenieren. Die Zugabe des Füllstoffs zum Papier gibt dem Papiermacher die Möglichkeit, zahlreiche Verbesserungen der Blatteigenschaften zu erreichen. Dazu gehören Eigenschaften wie die Opazität, Weiße, Haptik und Bedruckbarkeit.

Wenn darüber hinaus der Füllstoff billiger ist als der Faserstoff, kann die Zugabe oder vermehrte Zugabe von Füllstoff zu einer Reduzierung des Faserstoffanteils und damit zu einer Reduzierung der Herstellkosten des Papiers führen. Füllstoffhaltige Papiere bzw. Papiere mit besonders hohem Füllstoffgehalt lassen sich leichter trocken als nicht füllstoffhaltige Papiere bzw. als Papiere mit geringerem Füllstoffgehalt. Als Folge dar- aus kann die Papiermaschine schneller und mit niedrigerem Dampfverbrauch betrieben werden, was sowohl die Produktivität erhöht als auch die Kosten senkt.

Jedoch bringt die Füllstoffzugabe zur Fasersuspension auch Nachteile mit sich, die nur teilweise durch die Zugabe weiterer Papierhilfsmittel kompensiert werden können. Für ein gegebenes Flächengewicht gibt es Grenzen bezüglich der einsetzbaren Füllstoffmenge. Die Festigkeitseigenschaften des Papiers sind normalerweise die wichtigsten Parameter, die die Füllstoffmenge im Papier limitieren. Auch andere Faktoren, wie die Füllstoffretention, die Entwässerung der Papierstoffsuspension sowie ein eventuell erhöhter Chemikalienbedarf bei Retention und Leimung können hier eine Rolle spielen.

Der Verlust von Festigkeitseigenschaften von Papieren kann in manchen Fällen ganz oder teilweise durch den Einsatz von Trocken- und Nassverfestigern kompensiert werden. Eine gängige Vorgehensweise ist dabei die Zugabe von kationischer Stärke als Trockenverfestiger in den Papierstoff. Ebenso werden synthetische Trocken- und Nassverfestiger z.B. auf der Basis kationischer oder anionischer Polyacrylamide eingesetzt. Die Zugabemenge und die verfestigende Wirkung sind jedoch in den meisten Fällen begrenzt. Im gleichen Maße ist auch die kompensierende Wirkung im Bezug auf den Festigkeitsverlust durch Füllstofferhöhung und damit auch die überhaupt realisierbare Füllstoffzunahme begrenzt. Darüber hinaus werden nicht alle Festigkeitseigenschaften in gleichem Maße und in manchen Fällen überhaupt nur unzureichend durch den Einsatz von Trockenverfestigern erhöht. Ein wichtiges Beispiel dafür ist die Weiter- reisarbeit, die durch den Einsatz von Stärke oder synthetischen Trockenverfestigern im Vergleich zu anderen Festigkeitsparametern nur geringfügig beeinflusst wird. Die Erhöhung des Füllstoffgehaltes im Papier hat dagegen in der Regel einen sehr stark negativen Einfluss auf die Weiterreisarbeit.

Weitere wichtige Eigenschaften sind die Dicke sowie die Steifigkeit des Papiers. Die Erhöhung des Füllstoffgehaltes führt bei gleichem Flächengewicht zu einer Zunahme der Papierdichte und einer Abnahme der Dicke des Papierblattes. Letzteres führt zu einer erheblichen Abnahme der Papiersteifigkeit. Diese Abnahme der Papiersteifigkeit kann in vielen Fällen nicht allein durch den Einsatz von Trockenverfestigern ausgegli- chen werden. Häufig sind zusätzliche Maßnahmen wie etwa die Reduzierung des mechanischen Druckes in der Pressenpartie in den Glättwerken, in Kalandern oder in der Trockenpartie der Papiermaschine notwendig. Letzteres kompensiert den Dickeverlust durch Füllstofferhöhung ganz oder teilweise.

In WO-A-03/074786 werden wässrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen offenbart, die zumindest teilweise mit Polymerisaten überzogen sind. Bei diesen Polymerisaten handelt es sich um Bindemittel für Papierstreichfarben, deren Glasübergangstemperatur im Bereich von -40 bis +50 ⁰ C liegt und vorzugsweise unterhalb von 6 ⁰ C liegt. Das in den Beispielen verwendete Bindemittel weist eine Glasübergangs- temperatur von 5 ⁰ C auf.

Aus der unveröffentlichten europäischen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 08159619.9 sind wässrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen bekannt, die zumindest teilweise mit anionischen Latices mit einer Glasübergangstemperatur von -5 bis -50 ⁰ C überzogen sind.

In der ebenfalls unveröffentlichten europäischen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 08159631.4 sind wässrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen offenbart, die zumindest teilweise mit anionischen Latices, welche mindestens ein Phosphon- und/oder Phosphorsäuregruppen-enthaltendes Monomer einpolymerisiert enthält, ü- berzogen sind.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, weitere wässrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen zur Verfügung zu stellen, die bei der Papierherstellung gegenüber den bekannten Anschlämmungen Papiere mit einer verbesserten Reißlänge und Be- druckbarkeit ergeben. Darüber hinaus sollen die nach dem erfindungsgemäßen Ver- fahren hergestellten Papiere einen hohen Füllstoffgehalt und hohe Trockenfestigkeit aufweisen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit wässrigen Anschlämmungen von feintei- ligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit anionischen Latices überzogen sind, wobei die Anschlämmungen erhältlich sind durch Behandeln von wässrigen Anschlämmungen feinteiliger Füllstoffe mit einer wässrigen Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke.

Die erfindungsgemäßen wässrigen Anschlämmungen enthalten beispielsweise 1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%, mindestens eines feinteiligen Füllstoffs. Die Menge der wässrigen Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke beträgt beispielsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 bis 3 Gew.-%, Feststoffanteil der wässrigen Dispersion bezogen auf den Füllstoff. Dabei beträgt das Verhältnis anionischer Latex zu abgebauter Stärke beispielsweise 30 : 1 bis 1 : 1 , vorzugsweise 10 : 1 bis 1 : 1 und besonders bevorzugt 5 : 1 bis 1 : 1.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung der wässrigen Anschlämmungen, wobei man zu einer wässrigen Anschlämmung mindestens eines feinteiligen Füllstoffs 0,01 bis 10 Gew.-% einer wässrigen Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke, Feststoffanteil der Dispersion bezogen auf Füllstoff, zusetzt oder die wässrige Anschlämmung mindestens eines feinteiligen Füllstoffs in eine wässrige Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke einträgt und die Bestandteile jeweils mischt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der oben beschriebenen wässrigen Anschlämmungen als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füll- stoffhaltigem Papier, füllstoffhaltigem Karton oder füllstoffhaltiger Pappe mit hoher Trockenfestigkeit durch Entwässern des Papierstoffs.

Unter dem Begriff Latex im Sinne der vorliegenden Erfindung werden wasserunlösliche Homo- und Copolymerisate verstanden, die vorzugsweise in Form von Dispersionen oder Emulsionen eingesetzt werden.

Unter dem Begriff abgebaute Stärke im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Stärken verstanden, die ein mittleres Molekulargewicht Mw von 1 000 bis 65 000 aufwei- sen. Der Latex besteht vorzugsweise zu mindestens 40 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 60 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus sogenannten Hauptmonomeren (a).

Die Hauptmonomeren (a) sind ausgewählt aus Ci-C2o-Alkyl(meth)acrylaten, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylaromaten mit bis zu 20 C- Atomen, ethylenisch ungesättigten Nitrilen, Vinylhalogeniden, Vinylethern von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen, aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 8 C- Atomen und ein oder zwei Doppelbindungen oder Mischungen dieser Monomeren.

Zu nennen sind z. B. (Meth)acrylsäurealkylester mit einem Ci-Cio-Alkylrest, wie Methyl- methacrylat, Methylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Ethylacrylat und 2- Ethylhexylacrylat.

Insbesondere sind auch Mischungen der (Meth)acrylsäurealkylester geeignet.

Vinylester von Carbonsäuren mit 1 bis 20 C-Atomen sind z. B. Vinyllaurat, -stearat, Vinylpropionat, Versaticsäurevinylester und Vinylacetat.

Als vinylaromatische Verbindungen mit bis zu 20 C-Atomen kommen Vinyltoluol, α- und p-Methylstyrol, α-Butylstyrol, 4-n-Butylstyrol, 4-n-Decylstyrol und vorzugsweise Styrol in Betracht. Beispiele für ethylenisch ungesättigte Nitrile sind Acrylnitril und Methacryl- nitril.

Die Vinylhalogenide sind mit Chlor, Fluor oder Brom substituierte ethylenisch ungesättigte Verbindungen, bevorzugt Vinylchlorid und Vinylidenchlorid.

Als Vinylether von 1 bis 10 C-Atomen enthaltenden Alkoholen zu nennen sind z. B. Vinylmethylether oder Vinylisobutylether. Bevorzugt sind Vinylether von 1 bis 4 C- Atome enthaltenden Alkoholen.

Als aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8 C-Atomen und ein oder zwei olefini- schen Doppelbindungen seien Ethylen, Propylen, Butadien, Isopren und Chloropren genannt.

Bevorzugte Hauptmonomere (a) sind Ci-C2o-Alkyl(meth)acrylate und Mischungen der Alkyl(meth)acrylate mit Vinylaromaten, insbesondere Styrol (zusammenfassend auch als Polyacrylat-Latex bezeichnet) oder Kohlenwasserstoffe mit 2 Doppelbindungen, insbesondere Butadien, oder Gemische von derartigen Kohlenwasserstoffen mit Vinyl- aromaten, insbesondere Styrol (zusammenfassend auch als Polybutadien-Latex bezeichnet). Neben den Hauptmonomeren (a) kann der Latex weitere Monomere (b) enthalten, z. B. Hydroxylgruppen enthaltende Monomere, insbesondere C1-C10- Hydroxyalkyl(meth)acrylate, und Monomere mit Alkoxygruppen, wie sie durch Alkoxy- lierung von Hydroxygruppen enthaltenden Monomeren mit Alkoxyden, insbesondere Ethylenoxid oder Propylenoxid, erhältlich sind.

Weitere Monomere (b) sind Verbindungen die mindestens zwei radikalisch polymeri- sierbare Doppelbindungen aufweisen, bevorzugt 2 bis 6, besonders bevorzugt 2 bis 4, ganz besonders bevorzugt 2 bis 3 und insbesondere 2. Derartige Verbindungen wer- den auch als Vernetzer bezeichnet.

Die mindestens zwei radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen der Vernetzer (b) können dabei ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acryl-, Vinylether- , Vinylester-, Allylether- und Allylestergruppen. Beispiele für Vernetzer (b) sind 1 ,2- Ethandioldi(meth)acrylat, 1 ,3-Propandioldi(meth)acrylat, 1 ,2-Propandioldi(meth)acrylat, 1 ,4-Butandioldi(meth)acrylat, 1 ,6-Hexandioldi(meth)acrylat, Neopentylglykol- di(meth)acrylat, Trimethylolpropantrioldi(meth)acrylat, Pentaerythrittetra(meth)acrylat, 1 ,4-Butandioldivinylether, 1 ,6-Hexandioldivinylether, 1 ,4-Cyclohexandioldivinylether, Divinylbenzol, Allylacrylat, Allylmethacrylat, Methallylacrylat, Methallylmethacrylat, (Meth)Acrylsäure but-3-en-2-ylester, (Meth)Acrylsäure but-2-en-1-ylester,

(Meth)Acrylsäure 3-methyl-but-2-en-1-ylester, Ester der (Meth)Acrylsäure mit Geraniol, Citronellol, Zimtalkohol, Glycerinmono- oder -diallylether, Trimethylolpropanmono- o- der -diallylether, Ethylenglykolmonoallylether, Diethylenglykolmonoallylether, Propy- lenglykolmonoallylether, Dipropylenglykolmonoallylether, 1 ,3-Propandiolmonoallylether, 1 ,4-Butandiolmonoallylether sowie ferner Itaconsäurediallylester. Bevorzugt sind Allylacrylat, Divinylbenzol, 1 ,4-Butandioldiacrylat und 1 ,6-Hexandioldiacrylat.

Darüber hinaus kann der anionische Latex weitere Monomere (c) enthalten, z. B. Monomere mit Carbonsäuregruppen, deren Salze oder Anhydride. Genannt seien z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure oder Fumarsäure und Aconit- säure. Der Gehalt an ethylenisch ungesättigten Säuren im Latex ist im Allgemeinen kleiner 10 Gew.-%. Der Anteil an diesen Monomeren (c) beträgt beispielsweise mindestens 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 2 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 3 Gew.-%. Die Säuregruppen des Latices können gegebenenfalls vor der späte- ren Anwendung zumindest teilweise neutralisiert sein. Vorzugsweise werden mindestens 30 mol-%, besonders bevorzugt 50 - 100 mol-% der Säuregruppen neutralisiert. Als Base eignen sich flüchtige Basen wie Ammoniak oder nicht-flüchtige Basen wie Alkalihydroxide, insbesondere Natronlauge.

In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der anionische Latex bestehend aus den oben genannten Monomeren eine Glasübergangstemperatur (ge- messen mittels DSC) von -50 bis +50 ⁰ C, bevorzugt von -50 bis +10 ⁰ C, besonders bevorzugt von -40 bis +5 ⁰ C und ganz besonders bevorzugt von -30 bis 0 ⁰ C auf.

Die Glasübergangstemperatur T ₉ ist dem Fachmann allgemein bekannt. Damit ist der Grenzwert der Glasübergangstemperatur gemeint, dem diese gemäß G. Kanig (Kolloid-Zeitschrift & Zeitschrift für Polymere, Bd. 190, Seite 1 , Gleichung 1 ) mit zunehmendem Molekulargewicht zustrebt. Die Glasübergangstemperatur wird nach dem DSC-Verfahren ermittelt (Differential Scanning Calorimetry, 20 K/min, midpoint- Messung, DIN 53765).

Nach Fox (T. G. Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1956 [Ser. II] 1 , Seite 123 und gemäß LJII- mann's Encyclopädie der technischen Chemie, Bd. 19, Seite 18, 4. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim, 1980) gilt für die Glasübergangstemperatur von höchstens schwach vernetzten Mischpolymerisaten in guter Näherung:

1 /Tg = XVTg ¹ + X ² /T _g ² + .... X"/V,

wobei x ¹ , x ² , .... x ⁿ die Massenbrüche der Monomeren 1 , 2, .... n und T ₉ ¹ , T ₉ ² , .... T ₉ " die Glasübergangstemperaturen der jeweils nur aus einem der Monomeren 1 , 2, .... n auf- gebauten Polymerisaten in Grad Kelvin bedeuten. Die T ₉ -Werte für die Homopolymeri- sate der meisten Monomeren sind bekannt und z. B. in Ullmann's Encyclopedia of In- dustrial Chemistry, Bd. 5, Vol. A21 , Seite 169, VCH Weinheim, 1992, aufgeführt. Weitere Quellen für Glasübergangstemperaturen von Homopolymerisaten bilden z. B. J. Brandrup, E. H. Immergut, Polymer Handbook, I st Ed., J. Wiley, New York, 1966, 2nd Ed., J. Wiley, New York, 1975, und 3rd Ed., J. Wiley, New York, 1989.

Dem Fachmann ist mit Hilfe der zuvor genannten Literatur bekannt, wie durch die Auswahl der Monomere anionische Latices mit der entsprechenden Glasübergangstemperatur erhalten werden.

Bevorzugt eingesetzte anionische Latices dieser ersten Ausführungsform sind beispielsweise wässrige Dispersionen aus

(1 ) Styrol und/oder Acrylnitril oder Methacrylnitril, (2) Acrylsäureestern und/oder Methacrylsäureestern von d- bis Cio-Alkoholen, und gegebenenfalls (3) Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure und/oder Itaconsäure.

Besonders bevorzugt sind wässrige Dispersionen von anionischen Latices aus

(1 ) Styrol und/oder Acrylnitril,

(2) Acrylsäureestern von d- bis C4-Alkoholen, und gegebenenfalls (3) Acrylsäure.

Beispielsweise enthalten derartige besonders bevorzugte Polyacrylat-Latices 2 - 20 Gew.-% Styrol, 2 - 20 Gew.-% Acrylnitril, 60 - 95 Gew.-% Ci-C ₄ -Alkylacrylate, be- vorzugt C4-Acrylate wie n-Butylacrylat, Isobutylacrylat und/oder tert. Butylacrylat, und 0 - 5 Gew.-% Acrylsäure.

In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der anionische Latex neben den oben genannten Monomeren mindestens ein Phosphon- und/oder Phosphorsäuregruppen-enthaltendes Monomer einpolymerisiert, wobei es sich sowohl um Monomere mit einer freien Säuregruppe als auch deren Salze, Ester und/oder Anhydride handeln kann.

Bevorzugt werden Phosphon- und/oder Phosphorsäuregruppen-enthaltende Monome- re verwendet, die durch Veresterung von monoethylenisch ungesättigten C3-C8-

Carbonsäuren mit gegebenenfalls monoalkoxylierten Phosphon- und/oder Phosphorsäuren erhältlich sind. Besonders bevorzugt sind gegebenenfalls monoalkoxylierte Phosphorsäuregruppen-enthaltende Monomere, die durch Veresterung von monoethylenisch ungesättigten Cs-Cs-Carbonsäuren mit gegebenenfalls monoalkoxylierten Phosphorsäuren der allgemeinen Formel (I)

H-[X] _n -P(O)(OH) ₂ (I)

erhältlich sind, worin

X eine geradkettige oder verzweigte C2-C6-Alkylenoxideinheit und n eine ganze Zahl von 0 bis 20

bedeuten.

Bevorzugt werden monoalkoxylierte Phosphorsäuren der Formel (I) verwendet, in denen X eine geradkettige oder verzweigte C2-C3-Alkylenoxideinheit ist, und n eine ganze Zahl zwischen 5 und 15 ist. Besonders bevorzugt handelt es sich bei X um eine Ethy- len- oder Propylenoxideinheit, insbesondere bevorzugt um eine Propylenoxideinheit.

Selbstverständlich können auch beliebige Mischungen von verschiedenen gegebenenfalls monoalkoxylierten Phosphonsäuren und gegebenenfalls monoalkoxylierten Phosphorsäuren der Formel (I) zur Veresterung mit einer monoethylenisch ungesättigten C3- Cs-Carbonsäure eingesetzt werden. Bevorzugt werden Mischungen von monoalkoxy- lierten Phosphorsäuren der Formel (I) eingesetzt, die dieselbe Alkylenoxideinheit, bevorzugt Propylenoxid, enthalten, jedoch eine unterschiedlichen Alkoxylierungsgrad, bevorzugt Propoxylierungsgrad, aufweisen. Besonders bevorzugte Mischungen von monoalkoxylierten Phosphorsäuren enthalten 5 - 15 Einheiten Propylenoxid, d.h. n ist eine ganze Zahl zwischen 5 und 15.

Zur Herstellung der Phosphon- und/oder Phosphorsäuregruppen-enthaltenden Mono- mere werden monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren mit 3 bis 8 C-Atomen mit den oben genannten gegebenenfalls monoalkoxylierten Phosphon- und/oder Phosphorsäuren, bevorzugt mit den gegebenenfalls monoalkoxylierten Phosphorsäuren der allgemeinen Formel (I) verestert. Derartige monoethylenisch ungesättigte C3-C8- Carbonsäuren sind beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Dimethylacrylsäure, Ethacrylsäure, Maleinsäure, Citraconsäure, Methylenmalonsäure, Crotonsäure, Fu- marsäure, Mesaconsäure und Itaconsäure, Maleinsäure. Bevorzugt werden Acrylsäure und Methacrylsäure verwendet.

Selbstverständlich können auch Mischungen von monoethylenisch ungesättigten C3- Cβ-Carbonsäuren zur Veresterung mit gegebenenfalls monoalkoxylierten Phosphon- und/oder Phosphorsäuren, bevorzugt mit gegebenenfalls monoalkoxylierten Phosphorsäuren der Formel (I), eingesetzt werden. Bevorzugt wird jedoch nur eine monoethylenisch ungesättigte Carbonsäure, beispielsweise Acrylsäure oder Methacrylsäure, verwendet.

Bevorzugt eingesetzte anionische Latices dieser zweiten Ausführungsform sind beispielsweise wässrige Dispersionen aus

(1 ) Styrol und/oder Acrylnitril oder Methacrylnitril, (2) Acrylsäureestern und/oder Methacrylsäureestern von d- bis Cio-Alkoholen, und gegebenenfalls

(3) Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure und/oder Itaconsäure, und

(4) (Meth)acrylsäureestern von gegebenenfalls monoalkyoxylierten Phosphorsäuren der Formel (I), worin X und n die zuvor genannte Bedeutung haben.

Besonders bevorzugt sind wässrige Dispersionen von anionischen Latices aus

(1 ) Styrol und/oder Acrylnitril,

(2) Acrylsäureestern von d- bis C4-Alkoholen, und gegebenenfalls (3) Acrylsäure, und

(4) (Meth)acrylsäureestern von monoalkoxylierten Phosphorsäuren der Formel (I), worin X eine Propylenoxideinheit ist, und n eine ganze Zahl zwischen 5 und 15 ist.

Beispielsweise enthalten derartige besonders bevorzugte Polyacrylat-Latices 2 - 25 Gew.-% Styrol, 2 - 25 Gew.-% Acrylnitril, 50 - 95 Gew.-% Ci-C ₄ -Alkylacrylate, bevorzugt C4-Acrylate wie n-Butylacrylat, Isobutylacrylat und/oder tert. Butylacrylat, 0 - 5 Gew.-% Acrylsäure und 0,1 - 5 Gew.-% (Meth)acrylsäureester von monoalkoxylier- ten Phosphorsäuren der Formel (I), worin X eine Propylenoxideinheit ist, und n eine ganze Zahl zwischen 5 und 15 ist.

Üblicherweise liegt die Glasübergangstemperatur (gemessen mittels DSC) der anioni- sehen Latices der zweiten Ausführungsform im Bereich von -40 bis +50 ⁰ C. Bevorzugt werden anionische Latices mit einer Glasübergangstemperatur von -20 bis +20 ⁰ C und besonders bevorzugt von -10 bis +10 ⁰ C in den erfindungsgemäßen wässrigen Anschlämmungen feinteiliger Füllstoffe eingesetzt.

Die Herstellung der anionischen Latices erfolgt unabhängig von den zuvor genannten beiden Ausführungsformen in der Regel durch Emulsionspolymerisation, es handelt sich daher um ein Emulsionspolymerisat. Die Herstellung wässriger Polymerisatdispersionen nach dem Verfahren der radikalischen Emulsionspolymerisation ist an sich bekannt (vgl. Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV, Makromole- kulare Stoffe, loc. cit, Seiten 133ff).

Bei der Emulsionspolymerisation zur Herstellung der Latices werden ionische und/oder nicht-ionische Emulgatoren und/oder Schutzkolloide bzw. Stabilisatoren als grenzflächenaktive Verbindungen verwendet. Die grenzflächenaktive Substanz wird üblicher- weise in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere von 0,2 bis 3 Gew.-% bezogen auf die zu polymerisierenden Monomeren verwendet.

Gebräuchliche Emulgatoren sind z. B. Ammonium- oder Alkalimetallsalze höherer Fettalkoholsulfate, wie Na-n-Laurylsulfat, Fettalkoholphosphate, ethoxylierte Cs- bis Cio-Alkylphenole mit einem Ethoxylierungsgrad von 3 bis 30 sowie ethoxylierte Cs- bis C25-Fettalkohole mit einem Ethoxylierungsgrad von 5 bis 50. Denkbar sind auch Gemische aus nichtionischen und ionischen Emulgatoren. Ferner geeignet sind phosphat- oder sulfatgruppenhaltige, ethoxylierte und/oder propoxylierte Alkylphenole und/oder Fettalkohole. Weitere geeignete Emulgatoren sind in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV, Makromolekulare Stoffe, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961 , Seiten 192 bis 209 aufgeführt.

Wasserlösliche Initiatoren für die Emulsionspolymerisation zur Herstellung der Latices sind z. B. Ammonium- und Alkalimetallsalze der Peroxidischwefelsäure, z. B. Natrium- peroxodisulfat, Wasserstoffperoxid oder organische Peroxide, z. B. tert-

Butylhydroperoxid. Geeignet sind auch sogenannte Reduktions-Oxidations(Red-Ox)- I nitiator Systeme.

Die Menge der Initiatoren beträgt im Allgemeinen 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die zu polymerisierenden Monomeren. Es können auch mehrere, verschiedene Initiatoren bei der Emulsionspolymerisation Verwendung finden. Bei der Emulsionspolymerisation können Regler eingesetzt werden, z. B. in Mengen von 0 bis 3 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile der zu polymerisierenden Monomeren, durch die die Molmasse verringert wird. Geeignet sind z. B. Verbindungen mit einer Thiolgruppe wie tert.-Butylmercaptan, Thioglycolsäureethylacrylester, Mercap- toethynol, Mercaptopropyltrimethoxysilan oder tert.-Dodecylmercaptan oder Regler ohne Thiolgruppe, insbesondere z. B. Terpinolen.

Die Emulsionspolymerisation zur Herstellung der Latices erfolgt in der Regel bei 30 bis 130 ⁰ C, vorzugsweise bei 50 bis 100 ⁰ C. Das Polymerisationsmedium kann sowohl nur aus Wasser, als auch aus Mischungen aus Wasser und damit mischbaren Flüssigkeiten wie Methanol bestehen. Vorzugsweise wird nur Wasser verwendet. Die Emulsionspolymerisation kann sowohl als Batchprozess als auch in Form eines Zulaufverfahrens, einschließlich Stufen- oder Gradientenfahrweise, durchgeführt werden. Bevorzugt ist das Zulaufverfahren, bei dem man einen Teil des Polymerisationsansatzes vorlegt, auf die Polymerisationstemperatur erhitzt, anpolymerisiert und anschließend den Rest des Polymerisationsansatzes, üblicherweise über mehrere räumlich getrennte Zuläufe, von denen einer oder mehrere die Monomeren in reiner oder in emulgierter Form enthalten, kontinuierlich, stufenweise oder unter Überlagerung eines Konzentrationsgefälles unter Aufrechterhaltung der Polymerisation der Polymerisationszone zuführt. Bei der PoIy- merisation kann auch z. B. zur besseren Einstellung der Teilchengröße eine Polymersaat vorgelegt werden.

Die Art und Weise, in der der Initiator im Verlauf der radikalischen wässrigen Emulsionspolymerisation dem Polymerisationsgefäß zugegeben wird, ist dem Durchschnitts- fachmann bekannt. Es kann sowohl vollständig in das Polymerisationsgefäß vorgelegt, als auch nach Maßgabe seines Verbrauchs im Verlauf der radikalischen wässrigen Emulsionspolymerisation kontinuierlich oder stufenweise eingesetzt werden. Im Einzelnen hängt dies von der chemischen Natur des Initiatorsystems als auch von der Polymerisationstemperatur ab. Vorzugsweise wird ein Teil vorgelegt und der Rest nach Maßgabe des Verbrauchs der Polymerisationszone zugeführt.

Zur Entfernung der Restmonomeren wird üblicherweise auch nach dem Ende der eigentlichen Emulsionspolymerisation, d. h. nach einem Umsatz der Monomeren von mindestens 95 %, Initiator zugesetzt.

Die einzelnen Komponenten können dem Reaktor beim Zulaufverfahren von oben, in der Seite oder von unten durch den Reaktorboden zugegeben werden.

Im Anschluss an die CoPolymerisation können die im Latex enthaltenen Säuregruppen noch zumindest teilweise neutralisiert werden. Dies kann beispielsweise erfolgen mit Oxiden, Hydroxiden, Carbonaten oder Hydrogencarbonaten von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen, bevorzugt mit Hydroxiden, denen ein beliebiges Gegenion oder mehrere assoziiert sein kann, z.B. Li ⁺ , Na ⁺ , K ⁺ , Cs ⁺ , Mg ²⁺ , Ca ²⁺ oder Ba ²⁺ . Weiterhin zur Neutralisierung geeignet sind Ammoniak oder Amine. Bevorzugt sind wässrige Ammoniumhydroxid-, Natriumhydroxid- oder Kaliumhydroxidlösungen.

Bei der Emulsionspolymerisation werden wässrige Dispersionen des Latices in der Regel mit Feststoffgehalten von 15 bis 75 Gew.-%, bevorzugt von 40 bis 75 Gew.-% erhalten.

Die Partikelgröße der Latices liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 1000 nm, be- sonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 300 nm (gemessen mit einem Malvern ^® Au- tosizer 2 C).

Die erfindungsgemäßen wässrigen Anschlämmungen feinteiliger Füllstoffe werden durch Behandeln einer Füllstoffanschlämmung mit einer wässrigen Dispersion enthal- tend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke erhalten. Wie zuvor beschrieben weisen die abgebauten Stärken ein mittleres Molekulargewicht Mw von 1 000 bis 65 000 auf. Die mittleren Molekulargewichte Mw der abgebauten Stärken können leicht durch dem Fachmann bekannte Methoden ermittelt werden, z. B. mittels Gelpermeationschromatographie unter Verwendung eines Vielwinkel- lichtstreudetektors.

Um eine solche Stärke zu erhalten, kann man von sämtlichen Stärkesorten ausgehen, z.B. von nativer, anionischer, kationischer oder amphoterer Stärke. Die Stärke kann z.B. aus Kartoffeln, Mais, Weizen, Reis, Tapioka, Sorghum stammen öder es kann sich um Wachsstärken handeln, die einen Gehalt an Amylopektin von> 80, vorzugsweise > 95 Gew.-% haben wie Wachsmaisstärke oder Wachskartoffelstärke. Die Stärken können anionisch und/oder kationisch modifiziert, verestert, verethert und/oder vernetzt sein. Bevorzugt werden kationisierte Stärken.

Sofern das Molekulargewicht Mw der Stärken nicht bereits in dem Bereich von 1 000 bis 65 000 liegt, werden sie einem Molekulargewichtsabbau unterworfen. Dieser Molekulargewichtsabbau kann oxidativ, thermisch, acidolytisch oder enzymatisch vorgenommen werden. Bevorzugt ist eine Vorgehensweise, bei der man eine Stärke enzymatisch und/oder oxidativ abbaut. Die Molmasse Mw der abgebauten Stärke liegt vor- zugsweise in dem Bereich von 2 500 bis 35 000.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung von anionischen oder von kationischen Stärken. Solche Stärken sind bekannt. Anionische Stärken sind beispielsweise durch Oxi- dation von nativen Stärken zugänglich. Kationische Stärken werden beispielsweise durch Umsetzung von nativer Stärke mit mindestens einem Quaternierungsmittel wie 2,3-Epoxipropyltrimethylammoniumchlorid hergestellt. Die kationisierten Stärken enthalten quaternäre Ammoniumgruppen. Der Anteil von kationischen oder anionischen Gruppen in substituierter Stärke wird mit Hilfe des Substitutionsgrades (DS) angegeben. Er beträgt beispielweise 0,005 bis 1 ,0 vorzugsweise 0,01 bis 0,4.

Man kann eine einzige abgebaute Stärke oder auch Mischungen aus zwei oder mehreren abgebauten Stärken einsetzen.

In einer besonders bevorzugten Form werden als abgebaute Stärke Maltodextrine eingesetzt. Maltodextrine im Sinne der vorliegenden Erfindung sind durch enzymatischen Abbau von Stärke gewonnene wasserlösliche Kohlenhydrate, die aus Glucose- Einheiten bestehen und ein Dextrose-Äquivalent besitzen.

Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Anschlämmungen feinteiliger Füllstoff eingesetzten wässrigen Dispersionen enthaltend mindestens einen anioni- sehen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke können auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann die abgebaute Stärke fest oder in Wasser gelöst in eine wässrige Dispersion des anionischen Latex eingebracht und gemischt werden. Alternativ kann die Emulsionspolymerisation zur Herstellung des anionischen Latices auch in Gegenwart der abgebauten Stärke erfolgen.

Die wässrigen Dispersionen enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke werden erfindungsgemäß zur Behandlung von feinteili- gen Füllstoffen eingesetzt. Als Füllstoffe kommen alle üblicherweise in der Papierindustrie einsetzbaren Pigmente aus anorganischem Material in Betracht, z.B. Calcium- carbonat, das in Form von gemahlenem Kalk (GCC), Kreide, Marmor oder präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC) eingesetzt werden kann, Talkum, Kaolin, Bentonit, Satinweiß, Calciumsulfat, Bariumsulfat oder Titandioxid. Man kann auch Mischungen aus zwei oder mehr Pigmenten einsetzen, bevorzugt wird jedoch ein Pigment eingesetzt. Der mittlere Teilchendurchmesser liegt beispielsweise im Bereich von 0,5 bis 30 μm, vorzugsweise zwischen 1 und 10 μm.

Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der wässrigen Anschlämmung von feinteiligen Füllstoffen.

Die Füllstoffe werden beispielsweise durch Einbringen in Wasser zu einer wässrigen Anschlämmung verarbeitet. Präzipitiertes Calciumcarbonat wird üblicherweise in Abwesenheit von Dispergiermitteln in Wasser aufgeschlämmt. Um wässrige Anschlämmungen der übrigen Füllstoffe herzustellen, verwendet man in der Regel ein anionisches Dispergiermittel, z.B. Polyacrylsäuren mit einer Molmasse M _w von beispielsweise 1 000 bis 40 000. Falls man ein anionisches Dispergiermittel verwendet, so setzt man davon beispielsweise 0,01 bis 0,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 0,3 Gew.-% zur Herstellung der wässrigen Füllstoffanschlämmungen ein. Die in Gegenwart von anioni- sehen Dispergiermitteln in Wasser dispergierten feinteiligen Füllstoffe sind anionisch. Die wässrigen Anschlämmungen enthalten besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-% mindestens eines Füllstoffs.

Um die erfindungsgemäßen wässrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen herzustellen, behandelt man wässrige Anschlämmungen von gegebenenfalls anionisch dispergierten feinteiligen Füllstoffen mit einer wässrigen Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke. Beispielsweise kann man zu einer 1 bis 70 Gew.-% mindestens eines feinteiligen Füllstoffs enthalten- den wässrigen Anschlämmung 0,01 bis 10 Gew.-% einer wässrigen Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke, Feststoffanteil der wässrigen Dispersion bezogen auf den Füllstoff, zusetzen oder eine wässrige Anschlämmung eines feinteiligen Füllstoffs in eine wässrige Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke eintragen und die Komponenten jeweils mischen. Ebenso ist es möglich, dass der fein- teilige Füllstoff fest in eine wässrige Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke eingebracht wird. Das Behandeln der wässrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen mit den wässrigen Dispersionen enthaltend anionischen Latices und abgebaute Stärken kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Beim Zusammenbringen der feinteiligen Füllstoffe mit den wässrigen Dispersionen enthaltend anionische Latices und abgebaute Stärken werden die Füllstoffe zumindest teilweise mit anionischen Latices überzogen bzw. imprägniert. Das Mischen der Komponenten erfolgt beispielsweise in einem Scherfeld. Meistens ist es ausreichend, wenn man die Komponenten nach dem Zusammenbrin- gen rührt oder sie in einem Scherfeld eines Ultraturraxgerätes behandelt. Das Zusammenbringen und Mischen der Bestandteile der wässrigen Anschlämmungen kann beispielsweise in dem Temperaturbereich von 0 ⁰ C bis 95°C, vorzugsweise 10 bis 70 ⁰ C erfolgen. Meistens mischt man die Komponenten bei der jeweiligen Raumtemperatur bis zu einer Temperatur von 40 ⁰ C. Der pH-Wert der mit anionischen Latices behandel- ten wässrigen Anschlämmungen von Füllstoffen beträgt beispielsweise 5 bis 11 , vorzugsweise 6 bis 9, wobei der pH-Wert von Calciumcarbonat enthaltenden Anschlämmungen vorzugsweise mehr als 6,5 beträgt.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen durch die Behandlung mit der wässrigen Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke erfolgt in der Regel bei Raumtemperatur. Jedoch kann es in machen Fällen von Vorteil sein, die Behandlung durch Zufuhr von Wärme durchzuführen. Beispielsweise kann die wässrige Anschlämmung von feinteiligen Füllstoffen während der Zugabe der wässrigen Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke bei einer Temperatur von mindestens 40 ⁰ C, bevorzugt von mindestens 45 ⁰ C und besonders bevorzugt von mindestens 50 ⁰ C erwärmt werden (jeweils bei Atmosphä- rendruck). Ebenfalls ist es möglich, dass die wässrige Anschlämmung feinteiliger Füllstoffe vor der Zugabe der wässrigen Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke durch Erwärmung auf eine Temperatur von mindestens 40 ⁰ C, bevorzugt von mindestens 45 ⁰ C und besonders bevor- zugt von mindestens 50 ⁰ C (jeweils bei Atmosphärendruck) gebracht wird. Die Erwärmung der wässrigen Anschlämmung feinteiliger Füllstoffe kann durch aktives Erhitzen, d.h. durch Zufuhr von Energie erfolgen, aber auch durch die bei der Herstellung der Füllstoffanschlämmung freiwerden Reaktionswärme. Alternativ kann auch die Behandlung einer wässrigen Anschlämmung von feinteiligen Füllstoffen mit der wässrigen Dis- persion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke bei Raumtemperatur erfolgen, wobei anschließend die Erwärmung der erfindungsgemäßen wässrigen Anschlämmungen auf Temperaturen von mindestens 40 ⁰ C, bevorzugt mindestens 45 ⁰ C und besonders bevorzugt von mindestens 50 ⁰ C (jeweils bei Atmosphärendruck) erfolgt. Ebenfalls möglich ist die Zugabe einer auf min- destens 40 ⁰ C, bevorzugt mindestens 45 ⁰ C, besonders bevorzugt mindestens 50 ⁰ C (jeweils bei Atmosphärendruck) erwärmten Dispersion enthaltend mindestens einen anionischen Latex und mindestens eine abgebaute Stärke zu einer bei Raumtemperatur oder erwärmten wässrigen Anschlämmung feinteiliger Füllstoffe. Bei der Erwärmung der jeweiligen Komponenten darf die Siedetemperatur (bei Atmosphärendruck) der wässrigen Anschlämmungen oder wässrigen Dispersionen selbstverständlich nicht überschritten werden.

Besonders bevorzugt werden wässrige Anschlämmungen von präzipitiertem Calciumcarbonat, das frei von Dispergiermitteln ist, und von gemahlenem Calciumcarbonat hergestellt, das durch Mahlen von stückigem Calciumcarbonat oder Marmor in Gegenwart von anionischen polymeren Dispergiermitteln wie Polyacrylsäuren mit Molmassen von 1 000 bis 15 000 erhältlich ist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der wässrigen Anschläm- mungen als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, füllstoffhaltigem Karton oder füllstoffhaltiger Pappe durch Entwässern des Papierstoffs.

Die erfindungsgemäß mit einem anionischen Latex und abgebauter Stärker behandelten wässrigen Pigmentanschlämmungen können zur Herstellung sämtlicher füllstoffhal- tiger Papierqualitäten eingesetzt werden, z.B. Zeitungsdruck, SC-Papier (superca- landriertes Papier), holzfreie oder holzhaltige Schreib- und Druckpapiere. Zur Herstellung solcher Papiere verwendet man beispielsweise als Hauptrohstoffkomponenten Holzschliff, thermomechanischen Stoff (TMP), chemo-thermomechanischem Stoff (CTMP), Druckschliff (PGW) sowie Sulfit- und Sulfatzellstoff. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen Anschlämmungen kann der Füllstoffgehalt des Papiers bei nahezu unveränderten Festigkeitseigenschaften deutlich erhöht werden. SoI- che Papiere weisen Festigkeitseigenschaften auf, die mit denen herkömmlicher Papiere mit niedrigem Feststoffgehalt vergleichbar sind.

Die erfindungsgemäßen wässrigen Anschlämmungen feinteiliger Füllstoffe werden bei der Papierherstellung dem Faserstoff beigemischt, um so den Gesamtpapierstoff zu bilden. Neben den behandelten Füllstoffen und Faserstoffen kann der Gesamtstoff noch andere konventionelle Papieradditive enthalten. Dazu gehören beispielsweise Leimungsmittel wie Alkylketendimere (AKD), Alkenylbernsteinsäureanhydride (ASA), Harzleim, Nassfestmittel, kationische oder anionische Retentionsmittel auf Basis syn- thetischer Polymere. Als Retentionsmittel kommen beispielsweise anionische Mikropar- tikel (kolloidale Kieselsäure, Bentonit), anionische Polyacrylamide, kationische Polyacrylamide, kationische Stärke, kationisches Polyethylenimin oder kationisches Polyviny- lamin in Frage. Darüber hinaus sind beliebige Kombinationen davon denkbar, beispielsweise duale Systeme, die aus einem kationischen Polymer mit einem anioni- sehen Mikropartikel oder einem anionischen Polymer mit einem kationischen Mikropar- tikel bestehen. Um eine hohe Füllstoffretention zu erreichen, empfiehlt sich die Zugabe von derartigen Retentionsmitteln, die beispielsweise zum Dickstoff aber auch zu dem Dünnstoff zugegeben werden können.

Die Erfindung wird anhand der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert.

Beispiele

Die Prozentangaben in den Beispielen bedeuten Gewichtsprozent, sofern aus dem Zusammenhang nichts anderes hervorgeht.

Polymer 1

In einem mit Ankerrührer ausgestatteten 4I-Planschliffgefäß wurden 41 1 ,6 g vollentsalztes Wasser, 14,6 g einer Polystyrolsaat (Feststoffgehalt 33 %, mittlere Teilchengröße 29 nm) und 1 ,4 g einer 45 Gew.-% igen Lösung von Dodecylphenoxybenzoldi- sulfonsäure-Natriumsalz (Dowfax ^® 2A1 , Dow Chemicals ) sowie 15,4 g einer 7 Gew.- %igen Lösung von Natriumperoxidisulfat vorgelegt. Über ein geregeltes, außenliegen- des Ölbad wurde das Reaktionsgefäß unter Rühren auf 93 ⁰ C aufgeheizt. Nach Erreichen der Temperatur wurde eine zuvor hergestellte Monomeremulsion bestehend aus 534,4 g vollentsalztem Wasser, 22,4 g einer 15 Gew.-%igen Lösung von Natriumlau- rylsulfat (Disponil ^® SDS 15, Cognis), 8 g einer 45 Gew.-% igen Lösung von Dode- cylphenoxybenzoldisulfonsäure-Natriumsalz (Dowfax ^® 2A1 , Dow Chemicals ), 12 g einer 10 Gew.-% igen Lösung von Natriumhydroxyd, 35 g Acrylsäure, 168 g Styrol, 829 g n-Butylacrylat und 168 g Acrylnitril gleichmäßig innerhalb von 2 Stunden und 45 Minuten zudosiert. Parallel dazu wurden 49,7 g einer 7 Gew.-%igen Lösung von Natri- umperoxidisulfat zudosiert. Der Ansatz wurde unter Konstanthaltung der Temperatur für weitere 45 Minuten gerührt. Anschließend wurden 93,6 g einer 10 Gew.-%igen Lösung von Natriumhydroxid zugegeben, und der Reaktionsinhalt auf 60 ⁰ C abgekühlt. Anschließend wurden parallel zwei Zuläufe bestehend aus a) 24 g einer 10 Gew.- %igen Lösung von tert-Butylhydroperoxid und b) 33 g einer 13 Gew.-%igen Lösung enthaltend das Additionsprodukt aus 2,67 g Natriumdisulfit und 1 ,62 g Aceton innerhalb von 30 Minuten zudosiert. Der Reaktorinhalt wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.

Erhalten wurde eine praktisch koagulatfreie Polymerdispersion mit einem Feststoffge- halt von 51 Gew.-%. Das Polymer wies eine über DSC gemessene Glasübergangstemperatur von +5°C auf.

Durch Zugabe von 810 g vollentsalztem Wasser wurde der Feststoffgehalt auf 30 Gew.-% gesenkt. Anschließend wurden 404 g einer 30 Gew.-% Lösung eines MaI- todextrins (Fa. Cargill, MD ^® 09015) zugemischt.

Die erhaltene Abmischung wies einen Feststoffgehalt von 30 Gew.-% und einen pH Wert von 6,5 auf.

Polymer 2

Polymer 2 wurde analog Polymer 1 hergestellt, jedoch wurde bei der Abmischung eine auf 30 Gew.-% verdünnte Lösung eines Maltodextrins (Fa. Cerestar, Stärke 019 S1 ) verwendet.

Polymer 3

In einem mit Ankerrührer ausgestatteten 4I-Planschliffgefäß wurden 41 1 ,6 g vollentsalztes Wasser, 14,6 g einer Polystyrolsaat (Feststoffgehalt 33 %, mittlere Teilchen- große 29 nm) und 1 ,4 g einer 45 Gew.-% igen Lösung von Dodecylphenoxybenzoldi- sulfonsäure-Natriumsalz (Dowfax ^® 2A1 , Dow Chemicals ) sowie 15,4 g einer 7 Gew.- %igen Lösung von Natriumperoxidisulfat vorgelegt. Über ein geregeltes, außenliegendes Ölbad wurde das Reaktionsgefäß unter Rühren auf 93 ⁰ C aufgeheizt. Nach Erreichen der Temperatur wurde eine zuvor hergestellte Monomeremulsion bestehend aus 534,4 g vollentsalztem Wasser, 22,4 g einer 15 Gew.-%igen Lösung von Natriumlau- rylsulfat (Disponil ^® SDS 15, Cognis), 8 g einer 45 Gew.-% igen Lösung von Dode- cylphenoxybenzoldisulfonsäure-Natriumsalz (Dowfax ^® 2A1 , Dow Chemicals ), 12 g einer 10 Gew.-% igen Lösung von Natriumhydroxyd, 36 g Acrylsäure, 60 g Styrol, 1044 g n-Butylacrylat und 60 g Acrylnitril gleichmäßig innerhalb von 2 Stunden zudo- siert. Parallel dazu wurden in 2,5 Stunden 49,8 g einer 7 Gew.-%igen Lösung von

Natriumperoxidisulfat zudosiert. Der Ansatz wurde unter Konstanthaltung der Temperatur für weitere 45 Minuten gerührt. Anschließend wurden 93,6 g einer 10 Gew.-%igen Lösung von Natriumhydroxid zugegeben, und der Reaktionsinhalt auf 60 ⁰ C abgekühlt. Anschließend wurden parallel zwei Zuläufe bestehend aus a) 24 g einer 10 Gew.- %igen Lösung von tert-Butylhydroperoxid und b) 33 g einer 13 Gew.-%igen Lösung enthaltend das Additionsprodukt aus 2,67 g Natriumdisulfit und 1 ,62 g Aceton innerhalb von 30 Minuten zudosiert. Der Reaktorinhalt wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.

Erhalten wurde eine praktisch koagulatfreie Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 50 Gew.-%. Das Polymer wies eine über DSC gemessene Glasübergangstemperatur von -25°C.

Durch Zugabe von 810 g vollentsalztem Wasser wurde der Feststoffgehalt auf

30 Gew.-% gesenkt. Anschließend wurden 404 g einer 30 Gew.-% Lösung eines MaI- todextrins (Fa. Cargill, MD ^® 09015) zugemischt.

Die erhaltene Abmischung wies einen Feststoffgehalt von 30 Gew.-% und einen pH Wert von 6,4 auf.

Polymer 4

In einem mit Ankerrührer ausgestatteten 4I-Planschliffgefäß wurden 340,8 g vollentsalztes Wasser, 14,6 g einer Polystyrolsaat (Feststoffgehalt 33 %, mittlere Teilchengröße 29 nm) und 1 ,4 g einer 45 Gew.-% igen Lösung von Dodecylphenoxybenzoldi- sulfonsäure-Natriumsalz (Dowfax ^® 2A1 , Dow Chemicals ) sowie 15,4 g einer 7 Gew.- %igen Lösung von Natriumperoxidisulfat vorgelegt. Über ein geregeltes, außenliegen- des Ölbad wurde das Reaktionsgefäß unter Rühren auf 93 ⁰ C aufgeheizt. Nach Erreichen der Temperatur wurde eine zuvor hergestellte Monomeremulsion bestehend aus 483,6 g vollentsalztem Wasser, 22,4 g einer 15 Gew.-%igen Lösung von Natriumlau- rylsulfat (Disponil ^® SDS 15, Cognis), 8 g einer 45 Gew.-% igen Lösung von Dode- cylphenoxybenzoldisulfonsäure-Natriumsalz (Dowfax ^® 2A1 , Dow Chemicals ), 12 g einer 10 Gew.-% igen Lösung von Natriumhydroxyd, 12 g eines Methacrylsäureesters mit einem endständig mit Phosphorsäure veresterten Oligopropylenoxid (Sipo- mer ^® PAM 200: CH ₂ =C(CHS)-COO-(CH ₂ CH(CH ₃ )O) ₈ -IO-P(O)(OH) ₂ , Rhodia), 24 g Acryl- säure, 168 g Styrol, 828 g n-Butylacrylat und 168 g Acrylnitril gleichmäßig innerhalb von 2 Stunden und 45 Minuten zudosiert. Parallel dazu wurden 87 g einer 4 Gew.- %igen Lösung von Natriumperoxidisulfat zudosiert. Der Ansatz wurde unter Konstanthaltung der Temperatur für weitere 45 Minuten gerührt. Anschließend wurden 62,4 g einer 10 Gew.-%igen Lösung von Natriumhydroxid zugegeben, und der Reaktionsinhalt auf 60 ⁰ C abgekühlt. Anschließend wurden parallel zwei Zuläufe bestehend aus a) 80 g einer 3 Gew.-%igen Lösung von tert-Butylhydroperoxid und b) 53,4 g vollentsalztes Wasser mit 33 g einer 13 Gew.-%igen Lösung enthaltend das Additionsprodukt aus 2,67 g Natriumdisulfit und 1 ,62 g Aceton innerhalb von 30 Minuten zudosiert. Der Reaktorinhalt wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Erhalten wurde eine praktisch koagulatfreie Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 50 Gew.-%. Das Polymer wies eine über DSC gemessene Glasübergangstemperatur von +4°C.

Durch Zugabe von 810 g vollentsalztem Wasser wurde der Feststoffgehalt auf

30 Gew.-% gesenkt. Anschließend wurden 404 g einer 30 Gew.-% Lösung eines MaI- todextrins (Fa. Cargill, MD ^® 09015) zugemischt.

Die erhaltene Abmischung wies einen Feststoffgehalt von 30 Gew.-%, einen pH Wert von 6,5 und eine durch dynamische Lichtstreuung (Malvern HPPS) gemessene Teilchengröße von 137 nm.

Polymer 5

In einem mit Ankerrührer ausgestatteten 4I-Planschliffgefäß wurden 1064,6 g vollentsalztes Wasser, 7,2 g einer Polystyrolsaat (Feststoffgehalt 33 %, mittlere Teilchengröße 29 nm), 0,6 g einer 45 Gew.-% igen Lösung von Dodecylphenoxybenzoldisulfon- säure-Natriumsalz (Dowfax ^® 2A1 , Dow Chemicals ) und 240,0 g Maltodextrin (Fa. Cargill, MD ^® 09015) sowie 7,8 g einer 7 Gew.-%igen Lösung von Natriumperoxidisulfat vorgelegt. Über ein geregeltes, außenliegendes Ölbad wurde das Reaktionsgefäß unter Rühren auf 93 ⁰ C aufgeheizt. Nach Erreichen der Temperatur wurde eine zuvor hergestellte Monomeremulsion bestehend aus 267,2 g vollentsalztem Wasser, 1 1 ,2 g einer 15 Gew.-%igen Lösung von Natriumlaurylsulfat (Disponil ^® SDS 15, Cognis), 4 g einer 45 Gew.-% igen Lösung von Dodecylphenoxybenzoldisulfonsäure-Natriumsalz (Dowfax ^® 2A1 , Dow Chemicals ), 6 g einer 10 Gew.-% igen Lösung von Natriumhydroxyd, 18 g Acrylsäure, 84 g Styrol, 414 g n-Butylacrylat und 84 g Acrylnitril gleichmäßig innerhalb von 2 Stunden zudosiert. Parallel dazu wurden innerhalb von 2,5 Stunden 34,8 g einer 2,5 Gew.-%igen Lösung von Natriumperoxidisulfat zudosiert. Der Ansatz wurde unter Konstanthaltung der Temperatur für weitere 45 Minuten gerührt. Anschlie- ßend wurden 46,8 g einer 10 Gew.-%igen Lösung von Natriumhydroxid zugegeben, und der Reaktionsinhalt auf 60 ⁰ C abgekühlt. Anschließend wurden parallel zwei Zuläufe bestehend aus a) 30 g einer 2 Gew.-%igen Lösung von tert-Butylhydroperoxid und b) 55,6g vollentsalztes Wasser mit 16,4 g einer 13 Gew.-%igen Lösung enthaltend das Additionsprodukt aus 2,67 g Natriumdisulfit und 1 ,62 g Aceton innerhalb von 30 Minuten zudosiert. Der Reaktorinhalt wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.

Erhalten wurde eine praktisch koagulatfreie Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 29,3 Gew.%, einem pH-Wert von 6,1. Das Polymer wies eine über DSC gemessene Glasübergangstemperatur von +5°C auf. Die durch dynamische Lichstreuung (Malvern HPPS) gemessene Teilchengröße betrug 149 nm. Vergleichspolymer 1

In einem mit Ankerrührer ausgestatteten 4I-Planschliffgefäß wurden 41 1 ,7 g vollentsalztes Wasser, 14,5 g einer Polystyrolsaat (Feststoffgehalt 33 %, mittlere Teilchen- große 29 nm) und 1 ,4 g einer 45 Gew.-% igen Lösung von Dodecylphenoxybenzoldi- sulfonsäure-Natriumsalz (Dowfax ^® 2A1 , Dow Chemicals ) sowie 15,4 g einer 7 Gew.- %igen Lösung von Natriumperoxidisulfat vorgelegt. Über ein geregeltes, außenliegendes Ölbad wurde das Reaktionsgefäß unter Rühren auf 93 ⁰ C aufgeheizt. Nach Erreichen der Temperatur wurde eine zuvor hergestellte Monomeremulsion bestehend aus 534,2 g vollentsalztem Wasser, 22,4 g einer 15 Gew.-%igen Lösung von Natriumlau- rylsulfat (Disponil ^® SDS 15, Cognis), 8 g einer 45 Gew.-% igen Lösung von Dode- cylphenoxybenzoldisulfonsäure-Natriumsalz (Dowfax ^® 2A1 , Dow Chemicals ), 12 g einer 10 Gew.-% igen Lösung von Natriumhydroxyd, 36 g Acrylsäure, 60 g Styrol, 1044 g n-Butylacrylat und 60 g Acrylnitril gleichmäßig innerhalb von 2 Stunden zudo- siert. Parallel dazu wurden 49,7 g einer 7 Gew.-%igen Lösung von Natriumperoxidisulfat zudosiert. Der Ansatz wurde unter Konstanthaltung der Temperatur für weitere 45 Minuten gerührt. Anschließend wurden 93,6 g einer 10 Gew.-%igen Lösung von Natriumhydroxid zugegeben, und der Reaktionsinhalt auf 60 ⁰ C abgekühlt. Anschließend wurden parallel zwei Zuläufe bestehend aus a) 24 g einer 10 Gew.-%igen Lösung von tert-Butylhydroperoxid und b) 33 g einer 13 Gew.-%igen Lösung enthaltend das Additionsprodukt aus 2,67 g Natriumdisulfit und 1 ,62 g Aceton innerhalb von 30 Minuten zudosiert. Der Reaktorinhalt wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.

Erhalten wurde eine praktisch koagulatfreie Polymerdispersion mit einem Feststoffge- halt von 50,2 Gew.-%, einem pH-Wert von 7,5 und einer durch dynamische Lichstreu- ung (Malvern HPPS) gemessenen Teilchengröße von 172 nm. Das Polymer wies eine über DSC gemessene Glasübergangstemperatur von -25 ⁰ C auf.

Beispiel 1

Zu 150 g einer 20 Gew.-%ige Anschlämmung von präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC) wurden zunächst unter leichtem Rühren bei Raumtemperatur 3 g einer 30 Gew.- %igen Dispersion des Polymeren 1 gemischt. Während der Zugabe und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.

Beispiel 2

Zu 150 g einer 20 Gew.-%ige Anschlämmung von präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC) wurden zunächst unter leichtem Rühren bei Raumtemperatur 3 g einer 30 Gew.- %igen Dispersion des Polymeren 2 gemischt. Während der Zugabe und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.

Beispiel 3

Zu 150 g einer 20 Gew.-%ige Anschlämmung von präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC) wurden zunächst unter leichtem Rühren bei Raumtemperatur 3 g einer 30 Gew.- %igen Dispersion des Polymeren 3 gemischt. Während der Zugabe und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.

Beispiel 4

Zu 150 g einer 20 Gew.-%ige Anschlämmung von präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC) wurden zunächst unter leichtem Rühren bei Raumtemperatur 3 g einer 30 Gew.- %igen Dispersion des Polymeren 4 gemischt. Während der Zugabe und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.

Beispiel 5

Zu 150 g einer 20 Gew.-%ige Anschlämmung von präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC) wurden zunächst unter leichtem Rühren bei Raumtemperatur 3 g einer 30 Gew.- %igen Dispersion des Polymeren 5 gemischt. Während der Zugabe und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt.

Vergleichsbeispiel (VB) 1

Zu 150 g einer 20 Gew.-%ige Anschlämmung von präzipitiertem Calciumcarbonat

(PCC) wurden zunächst unter leichtem Rühren bei Raumtemperatur 3 g einer 30 Gew.- %igen Dispersion des Vergleichspolymeren 1 gemischt. Während der Zugabe und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 einge- stellt.

Herstellung von füllstoffhaltigem Papier

Beispiele 6 - 20 Vergleichsbeispiele 2 - 7 Eine Mischung aus gebleichtem Birkensulfat und gebleichtem Kiefernsulfit wurde im Verhältnis von 70/30 bei einer Feststoffkonzentration von 4 % im Laborpulper stippenfrei aufgeschlagen, bis ein Mahlgrad von 30 - 35 erreicht wurde. Dem aufgeschlagenen Stoff wurde anschließend ein optischer Aufheller (Blankophor® PSG, Kemira Oy) so- wie eine kationische Stärke (HiCat® 5163 A) zugegeben. Der Aufschluss der kationischen Stärke erfolgte als 10 Gew.-%ige Stärkeslurry in einem Jet-Kocher bei 130 ⁰ C und 1 Minute Verweilzeit. Die Dosiermenge des optischen Aufhellers betrug 0,5 Gew.- % Handelsware, bezogen auf den Trockengehalt der Papierstoffsuspension. Die Dosiermenge der kationischen Stärke betrug 0,5 Gew.-% Stärke, bezogen auf den Tro- ckengehalt der Papierstoffsuspension. Der pH-Wert des Stoffs lag dabei im Bereich zwischen 7 und 8. Der gemahlene Stoff wurde anschließend durch Zugabe von Wasser auf eine Feststoffkonzentration von 0,35 Gew.-% verdünnt.

Um das Verhalten der oben beschriebenen wässrigen Füllstoff-Slurries bei der Herstel- lung von füllstoffhaltigem Papier zu ermitteln, legte man jeweils 500 ml der Papierstoffsuspension vor und dosiert jeweils in diese Pulpe die gemäß den Beispielen behandelten Slurries sowie ein kationisches Polyacrylamid als Retentionsmittel (PoIy- min ^® KE 540, BASF Aktiengesellschaft). Die Dosiermenge des Retentionsmittels betrug in allen Fällen jeweils 0,01 Gew.-% Polymer, bezogen auf den Trockengehalt der Papierstoffsuspension.

Anschließend wurden Blätter mit den oben beschriebenen vorbehandelten Füllstoffen gebildet (Beispiele 6 - 20 und Vergleichsbeispiele 2 - 4). Die dazu eingesetzte Füllstoffmenge wurde so angepasst, dass die Füllstoffgehalte ca. 20 %, 30 % bzw. 40 % betrugen. Im Falle der vorbehandelten Füllstoffe ist die eingesetzte Slurrymenge, die eingesetzt werden muss, um einen bestimmten Zielwert zu erreichen, stets geringer als im Falle der unbehandelten Füllstoffe.

Zu jedem der vorbehandelten Füllstofftypen wurden außerdem Vergleichsbeispiele mit unbehandeltem Füllstoff durchgeführt (Vergleichsbeispiele 5 - 7). Dazu wurde zunächst in Vorversuchen die Menge an unbehandelter Füllstoffslurry ermittelt, die nötig ist, um einen Füllstoffgehalt von ca. 20 %, 30 % bzw. 40 % einzustellen. Anschließend wurden Blätter mit den unbehandelten Füllstoffen gebildet.

Die Papierblätter wurden jeweils auf einem Rapid-Köthen-Blattbildner nach ISO 5269/2 mit einem Blattgewicht von 70 g/m ² gefertigt und anschließend 7 Minuten bei 90 ⁰ C getrocknet.

Prüfung der Papierblätter

Nach einer Lagerzeit im Klimaraum bei konstant 23 ⁰ C und 50 % Luftfeuchtigkeit für 12 Stunden wurden die Trockenreißlänge der Blätter nach DIN 54540, die innere Fes- tigkeit nach DIN 54516 und die Biegesteifigkeit nach DIN 53121 ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Die Slurries entsprechend den Vergleichsbeispielen bzw. die Vergleichsbeispiele mit den daraus hergestellten Papierblättern sind mit dem Zusatz (VB) gekennzeichnet. Bei den anderen Beispielen handelt es sich um erfindungsgemäße Beispiele.

Tabelle 1

Prüfung der Papierblätter