AT315327B

AT315327B - Verfahren zur Herstellung einer Leimzusammensetzung

Info

Publication number: AT315327B
Application number: AT584772A
Authority: AT
Original assignee: Hercules Inc
Priority date: 1969-03-27
Filing date: 1969-11-25
Publication date: 1974-05-27

Description


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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leimzusammensetzung in Form einer stabilen Dispersion von Teilchen eines Materials aus verstärktem Kolophonium oder einer Mischung von verstärktem Kolophonium und Kolophonium in einem wässerigen Medium, bei welchem verstärktes Kolophonium oder eine 
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 f !Die nach   dem erfindungsgemässen Verfahren herstellbare Kolophoniumleimzusammensetzung ist insbesondere   bei der Herstellung von geleimtem Papier verwendbar, wobei Papiermacheralaun (Aluminiumsulfat) oder ein ähnliches Ausfällmittel zur Unterstützung der Ausfällung von Kolophonium und dem Addukt auf den Papierfasern mitverwendet werden kann. Die erfindungsgemäss erhältliche Kolophoniumleimzusammensetzung kann bei der inneren sowie bei der   äusseren Leimtechnik   angewendet werden.

   Bei der inneren Leimung wird die Leimzusammensetzung und Alaun zu einer wässerigen Dispersion von Papiermacherfasern in verschiedenen Stadien der Bogenausbildung, vorzugsweise getrennt, zugesetzt, während bei der äusseren Leimung zunächst das Papierband hergestellt wird, welches dann nach bekannten Methoden zur Gewinnung von geleimtem Papier mit der 
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 gegen das Eindringen von Wasser und wässerigen Farbmischungen hergestellt werden. 



   Die erfindungsgemäss erhältliche Kolophoniumleimzusammensetzung ist eine weitgehend homogene, stabile, wässerige Suspension und wird dadurch erhalten, dass zunächst eine Emulsion aus 95 bis 40 Gew.-Teilen Wasser oder wässerigem Alkali als kontinuierlicher Phase und 5 bis 60   Gew.-Teilen verstärktem Kolophonium   oder einer Mischung von   verstärktem Kolophonium und Kolophonium   und gegebenenfalls bis zu   20 Gew.-%,   bezogen auf das eingesetzte Gesamtharz, eines Kolophoniumstreckmittels in einer organisches, mit Wasser nichtmischbares Lösungsmittel enthaltenden Lösung hergestellt wird, wobei der Anteil an verstärktem Harz (bezogen 
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 benenfalls durch Filtration grobe Teile entfernt werden. 



   Besonders   vorteilhafteLeimzusammensetzungen,   die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhalten werden können, bestehen gewichtsmässig aus etwa   7rP/o   bis etwa   55%   Wasser und aus etwa   30%   bis etwa   45%   Feststoffen. 



   Kurz gesagt, besteht das Verfahren nach der Erfindung darin, dass eine weitgehend instabile Öl-in-WasserEmulsion bereitet wird, indem (I) ein wässeriges Medium, bestehend aus a) Wasser und b) einem darin gelösten 
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 oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren der vorstehenden Stoffe, und (II) eine Lösung von verstärktem Kolophonium oder einer Mischung von verstärktem Kolophonium und Kolophonium in einem mit Wasser nichtmischbaren organischen Lösungsmittel miteinander vermischt werden. Eine stabile Öl-in-Wasser-Emulsion wird da- 
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 bei Atmosphärendruck oder unteratmosphärischem Druck. Auf diese Weise wird eine wässerige Suspension erhalten, die weitgehend homogen und für   längere Zeiträume   ausgezeichnet stabil   ist.

   Das verseifte Material, d. h.   das Kolophoniumsalz und/oder das Salz des Addukts dient jetzt als Dispergiermittel in der wässerigen Suspension. 



   Durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist es möglich, wässerige Suspension herzustellen, die relativ grosse Mengen von bis zu etwa 60%, bezogen auf das Gewicht der wässerigen Suspension, an suspendierten Teilchen enthalten. 



   Die die dispergierte Phase bildenden Teilchen sind relativ klein und haben eine Teilchengrösse von etwa 
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 etwa   0,     3 p..   



   Die Kolophoniumkomponente (A) kann, wenn sie anwesend ist, ein beliebiges handelsübliches Kolophonium,   wie Holzkolophonium, Gummikolophonium,   Tallölkolophonium oder ein Gemisch aus diesen in rohem oder gereinigtem Zustand sein. Ebenso können teilweise oder weitgehend vollständig hydriertes Kolophonium und polymerisiertes Kolophonium sowie Kolophonium, das beispielsweise durch Wärmebehandlung oder Umsetzung mit Formaldehyd einer Kristallisationsunterdrückungsbehandlung unterworfen worden ist, ebenso wie Gemische aus derartigen Kolophoniumarten als Kolophoniumkomponente (A) verwendet werden. 

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 Umsetzung von Kolophonium mit der sauren Verbindung bei erhöhten Temperaturen von etwa 150 bis 2100C er-   halten.

   Verfahren zur Gewinnung dieser Addukte   sind in   den USA-Patentschriften Nr. 2, 628, 918   und Nr. 2, 684, 300 
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 Fumarsäure. Der Verseifungsgrad beträgt etwa   4%.   



   Beispiel 5 : a) Zur Bildung einer Reaktionsmasse wird aus etwa 660 Teilen Maleinsäureanhydrid und etwa 3469 Teilen Holzkolophonium ein Addukt bereitet. Die Reaktionsmasse enthält 16 Gew.-% Maleinsäureanhydrid, das weitgehend vollständig an Kolophonium angelagert ist. Anschliessend wird zur Bildung einer Reaktionsmasse mit der Bromzahl 30 und einer wässerigen Verseifungszahl von 312 hydriert. b) Durch Auflösen von 150,6 Teilen hydriertem Holzkolophonium (Bromzahl 49. Säurezahl 166) und 90, 4 Teilen der nach Absatz a) hergestellten Reaktionsmasse in 241 Teilen Benzol wird eine Lösung bereitet. Diese Lösung wird einer Lösung zugesetzt, die   durch Auflösen   von 2, 16 Teilen Kaliumhydroxyd in 498 Teilen Wasser erhalten worden ist.

   Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wird eine Emulsion gebildet, die Emulsion homogenisiert und das Benzol zur Bildung einer stabilen wässerigen Suspension entfernt.. Die wässerige Suspension hat einenFeststoffgehalt von etwa   30, 91o.   Etwa   61o   des Feststoffgewichts bestehen aus angelagertem Maleinsäureanhydrid. Der Verseifungsgrad beträgt etwa 4%. 



   Beispiel 6 : a) 1683 Teile mit Formaldehyd behandeltes Holzkolophonium   (Säurezahl 158)   und 321 Teile Fumarsäure werden zur Bildung einer Reaktionsmasse umgesetzt. Die Reaktionsmasse enthält etwa   1f11/0   Fumarsäure, die nahezu vollständig in Form des Kolophonium-Fumarsäure-Addukts vorliegt. Die Reaktionsmasse hat die Säurezahl 244. b) Durch Auflösen von 200 Teilen einer nach Absatz a) hergestellten Reaktionsmasse   (Säurezahl 259)   in 600 Teilen Benzol wird eine Lösung bereitet. Diese Lösung wird mit einer wässerigen Lösung von 2, 07 Teilen Kaliumhydroxyd in 798 Teilen Wasser vermischt. Das erhaltene Gemisch wird zur Bildung einer stabilen Emulsion homogenisiert, wonach das Benzol abdestilliert wird.

   Es wird eine stabile wässerige Suspension erhalten, die   19, 6% Feststoffe enthält   und einen Verseifungsgrad von etwa   4%   hat. Etwa 16% des Feststoffgewichts ist angelagerte Fumarsäure. 



     Beispiel 7 : Durch   Auflösen von 150 Teilen Holzkolophonium   (Säurezahl 167)   und 90 Teilen eines   16%   Fumarsäure enthaltenden Kolophonium-Addukts, hergestellt auf die in Beispiel 3 a) beschriebene Weise (mit der Ausnahme, dass die Reaktionsmasse 4 h lang bei einer zwischen etwa 200 und 2100C schwankenden Tempera-   tur   erhitzt worden   war),   in 240 Teilen Benzol wird eine Lösung bereitet. Diese Lösung wird zur Bildung einer Emulsion gründlich mit einer wässerigen, 0, 97 Teile Kaliumhydroxyd in 479 Teilen Wasser enthaltenden Lösung vermischt. wonach die Emulsion auf die in Beispiel 1 b) beschriebene Weise behandelt wird. Es wird eine wässerige Suspension mit einem Feststoffgehalt von po erhalten.

   Der Verseifungsgrad   beträgt 2%.   Die Menge an angelagerter Fumarsäure macht etwa 6% des Feststoffgewichts aus. 



   B ei   spiel 8 : Durch   Auflösen von 125 Teilen hydriertem Kolophonium   (Säurezahl 163)   und 75 Teilen der nach Beispiel 7 hergestellten Reaktionsmasse in 280 Teilen Tetrachlorkohlenstoff wird eine Lösung bereitet. Diese Lösung wird mit einer wässerigen,   1. 16   Teile Natriumhydroxyd in 479 Teilen Wasser enthaltenden Lösung ver- 
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 stoffgewichts aus ; sie liegt nahezu vollständig in angelagerter Form vor. Der Verseifungsgrad beträgt   4%.   



     Beispiel 9 :   Durch Auflösen von 125 Teilen hydriertem Kolophonium   (Säurezahl 163)   und 75 Teilen der nach Beispiel 7 hergestellten Reaktionsmasse in 200 Teilen Benzol wird eine Lösung bereitet. Diese Lösung wird mit einer wässerigen, 2, 5 Teile Morpholin in 398 Teilen Wasser enthaltenden Lösung vermischt. Das Gemisch wird zu einer weitgehend stabilen wässerigen Emulsion homogenisiert. aus welcher das Benzol anschliessend ab- 
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 seifungsgrad beträgt   40/0.   



   Die Leimungswirksamkeit jeder der wässerigen Suspensionen der Beispiele   1. 2. 3. 4. 5. 6, 7. 8   und 9 wird durch Herstellung von Handbögen bei unterschiedlichen Mengen an Leimfeststoffen untersucht. Zur Herstellung der Handbögen wird gebleichter Rayonier-Kraftpapierbrei in Wasser mit Standardhärte suspendiert und in einem   Noble-and-Wood-UmlaufholianderaufeinenS-R-Gradvon750mlgeholländert. Der Leim wurde zu 2 1-Anteilen    der geholländerten Aufschlämmung zugesetzt, die auf einen Feststoffgehalt von 2, 5 Gew.-% verdünnt worden ist. Jede geleimte Aufschlämmung wird zur Einstellung auf einen pH-Wert von 4, 5 mit einer ausreichenden Menge Alaun versetzt, und die Aufschlämmungen werden dann mit   Säure-Alaun-Verdünnungswasser auf eine   Konsistenz von 0, 27% in dem Dosierer verdünnt. 



   Das Verdünnungswasser wird hergestellt, indem mässig hartes Wasser mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 5, 0 eingestellt wird. wonach eine solche Menge Alaun zugesetzt wird, dass 5 TpM lösliches Aluminium vorliegen. 1 l-Anteile   derdosiererpapierbreiaufschlämmung   werden weiterhin   mit Säure-Alaun-Verdünnungswasser   auf eine Büttenkasten-Konsistenz von 0,   025% verdünnt,   um unter Verwendung einer Noble-and-Wood-Papier- 

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 bogenmaschine   zu Handbögen   mit einem Grundgewicht von 18, 1 kg (61 X 91   cm - 500 Riesbögen)   zu gelangen. Es wird ein dichtes weisses Wassersystem verwendet.

   Die gebildeten Bögen werden auf einen Feststoffgehalt von   331o   nassgepresst und dann auf einem Dampftrommeltrockner bei 115,   60C   getrocknet. Alle Handbögen werden 
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 notwendig ist, um die Lichtreflexion auf 85% des Ausgangswertes der Bögen zu vermindern, wird zur Darstellung des Leimungsgrades verwendet. 



   Die folgende Tabelle 1 zeigt   diePhotometer-Leimungsergebnisse   für die Leime der Beispiele bei Leimkonzentrationen von 0, 5, 1, 0 und   1. 50/0.   Die Leimkonzentrationen sind in Gewichtsprozenten angegeben und bezogen auf das Gewicht des trockenen Papierbreis. So zeigt   z. B.   eine Leimkonzentration von   1.     00/0   an, dass 1   Gew.-%   des Feststoffgehalts der wässerigen Suspension des jeweiligen Beispiels, bezogen auf das Gewicht des trockenen Papierbreis, zugesetzt wird. 



   Tabelle 1 
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<tb> 
<tb> Photometer-Leimung <SEP> als <SEP> Funktion
<tb> der <SEP> Leimkonzentration
<tb> Leim <SEP> nach <SEP> Beispiel <SEP> 0, <SEP> 5% <SEP> l, <SEP> 0o <SEP> 1, <SEP> 5 < <SEP> 
<tb> 1 <SEP> 170 <SEP> s <SEP> 260 <SEP> s <SEP> 320 <SEP> s <SEP> 
<tb> 2 <SEP> 123s <SEP> 188s <SEP> 239s <SEP> 
<tb> 3 <SEP> 153 <SEP> s <SEP> 228 <SEP> s <SEP> 282 <SEP> s <SEP> 
<tb> 4 <SEP> 132 <SEP> s <SEP> 209 <SEP> s <SEP> 282 <SEP> s <SEP> 
<tb> 5 <SEP> 113 <SEP> s <SEP> 169 <SEP> s <SEP> 210 <SEP> s <SEP> 
<tb> 6 <SEP> 140 <SEP> s <SEP> 198 <SEP> s <SEP> 273 <SEP> s
<tb> 7 <SEP> 128 <SEP> s <SEP> 211 <SEP> s <SEP> 243 <SEP> s <SEP> 
<tb> 8 <SEP> 178 <SEP> s <SEP> 282 <SEP> s <SEP> 342 <SEP> s <SEP> 
<tb> 9 <SEP> 194 <SEP> s <SEP> 249 <SEP> s <SEP> 313 <SEP> s
<tb> 
 
Diese Versuchsergebnisse zeigen an,

   dass die Gemische nach der Erfindung den handelsüblichen Kolophoniumleimen weit überlegen sind. 



   Bei der Herstellung der wässerigen Suspensionen nach der Erfindung können bis zu etwa 20   Gew.-%   der Kolophoniumkomponente durch ein Material ersetzt werden, das in der einschlägigen Literatur manchmal als Kolophoniumverlängerer bezeichnet wird, wie durch Kolophoniumester und Paraffinwachs.

   Beispiele für Kolophoniumverlängerer sind polymere Terpenkohlenwasserstoffe, wie sie in der   USA-Patentschrift Nr. 3, 193, 449   offenbart sind, und Petroleumkohlenwasserstoffharze, die durch Polymerisation von Kohlenwasserstoffen mit un- 
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 der Rohölart, von der es stammt, sowie   inAbhängigkeit   von den Bedingungen, die beim Cracken, Destillieren und Trennen des Petroleums herrschen. Üblicherweise ist ein Petroleumkqhlenwasserstoffharz ein Material, das durch Polymerisieren von Gemischen aus aliphatischen und cyclischen Verbindungen mit einigen ungesättigten Doppelbindungen erhalten wird. Das Harz hat einen Erweichungspunkt von 30 bis   130 C, eine   Farbe von X-D 
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 Jodwert (Wijs-Methode) von 30 bis 230. 



   Das nachfolgende Beispiel 10 erläutert   die Verwendung von Terpenkohlenwasserstoffharz,   das aus Polymerisationsprodukten von Terpenkohlenwasserstoff besteht, in einem Gemisch nach der Erfindung. 



   In "Encyclopedia of Chemical Technology", Bd.14 (The Interscience Encyclopedia, Inc., New York, [1955]) 
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 a-Pinenbestehen. 200 Teile gereinigtes   Soutnem-Sulfatterpentinöl   werden tropfenweise zu einem gerührten Gemisch aus 450 Teilen trockenem Toluol und 18 Teilen Aluminiumchlorid zugesetzt. Während des Zusetzens wird die Temperatur durch Kühlung auf 4 bis   100C   gehalten. Der Zusatz erstreckt sich über 55 min. Nach beendetem Terpentinölzusatz wird 4 weitere Stunden bei 8 bis   100e   umgesetzt.

   Unter Rühren wird Wasser (22 C) zugesetzt, wobei die Temperatur auf unterhalb   200C   gehalten wird. 15 min nach beendetem Wasserzusatz werden 45 Teile   Calciumhydroxyd   zugegeben und das Gemisch wird erwärmt und   20   min lang   auf 700C   gehalten. Das heisse Gemisch wird filtriert, und der Filterkuchen wird mit Toluol gewaschen. Die Waschdurchläufe werden mit dem zuvor erhaltenen Filtrat vereinigt. Beim Abkühlen des Filtrats bildet sich weiterer Niederschlag, der nochmals abfiltriert wird. Das erhaltene Filtrat wird unter Verwendung eines heissen Ölbades abgestreift. Bei einem Druck 

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Claims

einem TropferweichungspunktPATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung einer Leimzusammensetzung in Form einer stabilen Dispersion von Teilchen eines Materials aus verstärktem Kolophonium oder einer Mischung von verstärktem Kolophonium und Kolophonium in einem wässerigen Medium, bei welchem verstärktes Kolophonium oder eine Mischung von Kolopho- EMI7.1 EMI7.2 EMI7.3 60 Gew.-Teilen verstärktem Kolophonium oder einer Mischung von verstärktem Kolophonium und Kolophonium und gegebenenfalls bis zu 20 Gel.-%, bezogen auf das eingesetzte Gesamtharz, eines Kolophoniumstreckmittels in einer organischen, mit Wasser nichtmischbares Lösungsmittel enthaltenden Lösung hergestellt wird, wobei der Anteil an verstärktem Harz (bezogen auf das Gesamtharz) mindestens 5 Gew.-%,

die Verstärkung des Kolophonium mit der sauren Verbindung (bezogen auf das Gesamtharz) 1 bis 20 Gew. -'10 und der Verseifungsgrad, ausgedrückt als Prozentsatz der verseiften Carboxylgruppen, 0, 5 bis 2rP/o beträgt, dass sodann 2. das organische Lösungsmittel entfernt wird und dass 3. gegebenenfalls durch Filtration grobe Teile entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion aus einer wässerigen Lösung einer verseifenden Base und einer Lösung des unverseiften verstärkten Kolophonium oder der Mischung von verstärktem Kolophonium und Kolophonium in einem mit Wasser nichtmischbaren organischen Lösungsmittel gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel durch Destillation entfernt wird. EMI7.4 eingesetzt wird.

5. VerfahrennacheinemderAnsprüchelbis4, dadurch gekennzeichnet, dass70bis55 Gew.-Teile Wasser und 30 bis 45 Gew.-Teile verstärktes Kolophonium oder einer Mischung von verstärktem Kolophonium und Kolophonium eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 25% verstärktes Kolophonium oder einer Mischung von verstärktem Kolophonium und Kolophonium eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die saure Verbindung in einer Menge von 4 bis 8% eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verseifungsgrad von 2 bis 4% eingestellt wird.