AT396131B - Papierleim, verfahren zu seiner herstellung und seiner verwendung - Google Patents

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Description

AT396131B
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Papierleim in Form einer wässerigen Emulsion, enthaltend ein hydrophobes, mit Cellulose reagierendes Leimungsmittel und ein kationisches Stärkepolymer. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Papierleims. Schließlich bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung geleimten Papiers oder Kartons, wobei während der Herstellung des Papiers oder Kartons ein Leim entweder der Papiermasse vor deren Entwässerung oder der Leimpresse, die das Papier oder der Karton passiert, zugeführt wird.
Eine wässerige Emulsion, enthaltend ein hydrophobes, mit Cellulose reagierendes Leimungsmittel und ein kationisches Stärkepolymer dieser Art sind an sich bekannt, aber die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Papierleim, mit welchem viele Nachteile der bisher bekannten Papierleime ausgeschaltet oder weitgehend vermindert werden, wie später beschrieben. Die wesentlichen neuen Merkmale der beanspruchten Masse liegenin der Verwendungeiner neuenkationischenStärkemiteiner speziellen Kombination chemischer Charakteristika.
Bei der Herstellung gewisser Papierqualitäten ist es notwendig, den natürlichen flüssigkeitsabsorbieienden Eigenschaften von Papier entgegenzuwirken oder sie zu inhibieren. Beispiele für solche Papierqualitäten sind Schreib- und Druckpapier. Andere Beispiele sind Pappe oder Karton, die für Saft- Oder Milchpackungen bestimmt sind. Ein weiteres Beispiel ist Photorohpapier.
Papierqualitäten wie die vorgenannten erfordern flüssigkeitsabweisende Eigenschaften. Es gibt viele verschie-deneMethoden, um die Flüssigkeitsabweisung zu erreichen (z. B. Hydrophobieren oderLeimen). Eine davon besteht darin, daß man während der Papiererzeugung eine Emulsion eines hydrophoben Materials zusetzL Viele verschiedene hydrophobe Materialien können verwendet werden. Zu den wirkungsvollsten zählen die sogenannten hydrophoben, mit Cellulose reagierenden Leimungsmittel. Es wird angenommen, daß bei der Verwendung derartiger Mittel die Leimung durch eine Reaktion des hydrophoben Materials mit den Hydroxylgruppen der Cellulose erreicht wird.
Beispiele für typische hydrophobe Leimungsmittel sind Alkylketendimere, Alkenylbernsteinsäureanhydride und Fettsäureisocyanate.
Da die hydrophoben Leimungsmittel in Wasser unlöslich sind, werden sie bei der Papiererzeugung in Form einer Emulsion verwendet. Als Emulgatoren können grenzflächenaktive Mittel verwendet werden, aber im allgemeinen führen grenzflächenaktive Mittel zu Emulsionen mit schlechtem Wirkungsgrad, da sie eine geringe Affinität zur Cellulosefaser zeigen, was bedeutet, daß viel hydrophobes Leimungsmittel beim Entwässern der Papiermasse verloren geht. Es wurde gefunden, daß kationische Polymere vergleichsweise bessere Emulgatoren sind. Beispiele für zu diesem Zweck verwendbare kationische Polymere sind beschrieben in der US-A 3 130 118, die die Verwendung einer kationischen Stärke als Emulgator offenbart, und der US-A 4 240 935, die den Vorteil der Verwendung von Harzen, enthaltend das Reaktionsprodukt von Epichlorhydrin und einem Aminopolyamid, hergestellt aus Adipinsäure und Diäthylentriamin, betont.
In hydrophoben Leimungsmittelmassen erfüllt das kationische Polymer zweckmäßig viele Funktionen. Erstens soll es die Emulsion stabilisieren. Zweitens soll es die Retention des hydrophoben oder Leimungsmittels auf dem Papier entweder allein oder in Kombination mit einem separat zugesetzten Retentionsmittel steigern. Ferner kann die Wahl des Emulgators den Leimungsgrad beeinflussen, sodaß man ein stärker hydrophobes Papier hersteilen kann. Die US-A-4 382 129 offenbart ein kationisches Polymer mit dieser Eigenschaft. Außerdem wurde gefunden, daß gewisse kationische Polymere das Ausmaß der Leimung, das sich mit der Zeit mit den mit Cellulose reagierenden Leimungsmitteln entwickelt, steigern. Die US-A-4 317 756 offenbart Polymere mit einem derartigen Effekt.
Die DE-AS 1289 405 beschreibt ein Verfahren zur Papierleimung unter Verwendung eines von substituierten cyclischen Dicarbonsäureanhydriden abgeleiteten Leimungsmittels. Diese Leimungsmittel werden zusammen mit einem kationischen Mittel, u. a. einem kationischen Stärkederivat, z. B. einen aus Wachsmais hergestellten, eingesetzt, das die Retention des Leimungsmittels in der Papierfaser unterstützt.
Aus der US-PS 2813 093 ist die Herstellung modifizierter kationischer Stärken bekannt, deren Substitutionsgrad aber nicht all zu hoch, z. B. 0,035 ist.
Es ist sehr schwer oder unverläßlich vorherzusagen, wie ein gegebenes kationisches Polymer im Hinblick auf diese verschiedenen Effekte wirken wird, und im allgemeinen ist dies vollkommen unmöglich, da weder aufgezeigt noch nachgewiesen wurde, wie die Auswahl des kationischen Polymers den Gesamtwirkungsgrad der Kombination von hydrophobem, mit Cellulose reagierendem Leimungsmittel und kationischem Polymer beeinträchtigt. Trotz der Tatsache, daß hydrophobe mit Cellulose reagierende Leimungsmittel auf dem Markt seit mehr als 20 Jahren zur Verfügung stehen und daß die Produkte deutlich verbessert wurden, sind noch weitere Verbesserungen auf diesem Gebiet erzielbar. Vergleichsweise große Mengen an mit Cellulose reagierenden Leimungsmitteln mußten verwendet werden, um die gewünschte Flüssigkeitsabweisung mit den hydrophoben Leimungsmitteln des Standes der Technik zu erzielen. Eine Reduktion der zur Erzielung des nötigen Leimungsgrades verwendeten Leimungsmittelmenge würde große Ersparnisse bei den Materialkosten bringen. Außerdem ergeben hydrophobe mit Cellulose reagierende Leimungsmittel nicht eine augenblickliche Leimung. Eine derartige Wirkung kann durch Verwendung einer Kombination gewisser Arten kationischer Polymere, wie zuvor beschrieben, beschleunigt werden; diese stark kationischen Polymere haben aber unglücklicherweise den Nachteil, daß sie die Wirkung der zur Verbesserung der -2-
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Weiße des Papiers eingesetzten optischen Aufheller behindern, was zu einem erhöhten Verbrauch an optischen Aufhellern führt Dies setzt der Maschinengeschwindigkeit Grenzen bei gewissen hohen Weißequalitäten von Papier, da eine minimale Leimung erreicht sein muß, wenn das Papier durch eine Leimpresse oder eine angeschlos-seneBeschichtungsstation läuft, da dasPapierandemfalls sehr schwach ist und leichtreißt Für gewisse Papierqualitäten wäre es erwünscht, eine stärkere Leimung zu erzielen, als dies heute technisch machbar ist. Dies trifft z. B. für Milch-und Saftkartons und für Photorohpapier zu.
Gemäß vorliegender Erfindung wurde überraschenderweise gefunden, daß eine gewisse Gattung kationischer Stärke in Kombination mit einem hydrophoben mit Cellulose reagierenden Leimungsmittel Wirkungen zeigt die die Mängel des Standes der Technik wesentlich ausgleichen oder beseitigen. Es zeigte sich ebenfalls überraschenderweise, daß die negativen Wirkungen auf optische Aufheller, die sich aus der Verwendung mancher Leimungsmittel des Standes der Technik ergeben, durch die erfindungsgemäßen Leimungsmittel im Vergleich zu herkömmlichen hydrophoben mit Cellulose reagierenden Leimungsmitteln wesentlich reduziert werden, und zwar sowohl mit als auch ohne kationischen Polymerzusatz.
Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer neuen und verbesserten Masse, die zum Leimen von Papier, Karton und ähnlichen Produkten verwendet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Papierleims, der insofern wirkungsvoller als die bekannten Mittel ist, als geringere Mengen Leimungsmittel erforderlich sind, um einen Leimungsgrad zu erzielen, der ähnlich jenem der bekannten Mittel ist.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist auch die Schaffung eines neuen Leims, dessen Leimungswirkungrascher eintritt als bei den bekannten Mitteln.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Leims, der zur Erzielung höherer als der heute möglichen Leimungsgrade eingesetzt werden kann.
Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, einen neuen Leim zu schaffen, dessen negative Wirkungen auf den Verbrauch optischer Aufheller im Vergleich zu den bekannten Leimen reduziert sind.
Aufgabe der Erfindung ist ferner die Schaffung eines neuen Leims, der eine Dispersion mit hervorragender Stabilität ergibt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist auch die Schaffung eines neuen Leims, der zur Erzielung besserer Druck-und Kopiereigenschaften des Papiers, d. h. einer verbesserten Tonerhaftung beim Photokopieren, verwendet werden kann.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen Leims zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung geleimten Papiers oder geleimten Kartons mit verbesserten Eigenschaften infolge der Verwendung der hier geoffenbarten neuen Leime.
Der Papierleim ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke eine Kombination (A) einer hoch verzweigten Struktur mit hohem Molekulargewicht, ausgedrückt durch einen Amylopectingehalt von zumindest 85 % und (B) eines Kationisierungsgrades oder Substitutionsgrades (D.S.) von 0,045 bis 0,4 besitzt, wobei das Verhältnis von mit Cellulose reagierendem Leimungsmittel zu kationischer Stärke im Bereich von 1:0,01 bis 1:5 liegt.
Die Gattung kationischer Stärke, die, wie sich überraschenderweise zeigt, dem Papier die oben erwähnten hervorragenden Eigenschaften verleihen kann, ist also eine Stärke im wesentlichen vom sogenannten Amylopectin-Typ mit einem gewissen kritischen Kationisierungsgrad. Wie dem Fachmann bekannt, enthalten die meisten Stärken zwei Arten von Glucosepolymeren, Amylose und Amylopecdn. Amylose ist ein geradkettiges Glucosepolymer mit niedrigem Molekulargewicht und einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad von z. B. etwa 800 für Kornstärke und etwa 3000 für Kartoffel- und Tapiocastäike. Amylopectin dagegen ist eine verzweigte Stärkefiaktion mit hohem Molekulargewicht und einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad, der etwa 500 bis 3000 mal so hoch wie der Polymerisationsgrad von Amylose ist.
Infolge der verzweigten Struktur und des hohen Polymerisationsgrades haben Stärken des sogenannten Amylopectintyps, das sind jene mit einem Amylopectingehalt (Amylosegehalt + Amylopectingehalt = 100 %) von zumindest 85 Gew.-%, an sich ein hohes Molekulargewicht mit einem Zahlenmittelmolekulargewicht von etwa 200 000 000 bis 400 000 000. Kom- und Weizenstärke mit einem Amylopectingehalt von etwa 72 % haben ein Zahlenmittelmolekulargewicht (Polymerisationsgrad x 162) von etwa 500 000. Im Gegensatz dazu hat wächserne Maisstärke mit einem Amylopectingehalt von etwa 99-100 % ein Zahlenmittelmolekulargewicht von etwa 320000000.
Stärken mit einem hohen Gehalt an Stärke des Amylosetyps, d. h. geradkettige Stärken mit niedrigem Molekulargewicht ergeben nicht die Vorteile der erfindungsgemäß verwendeten Stärken, unabhängig vom Kationsisierungsgrad. Ebensowenig ergeben Stärken, die im wesentlichen aus Stärkedes Amylopectintyps bestehen, jedoch einen niedrigen Kationisierungsgrad haben, ähnliche Wirkungen. Die in einer Stärke vorhandene Menge an -3-
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Amylopectin und Amylose ist durch deren Herkunft bestimmt. So enthält Kartoffelstärke von Natur aus etwa 79 % Amylopectin, während Komstärke von Natur aus etwa 72 % Amylopectin und Weizenstärke von Natur aus etwa 72 % Amylopectin enthält. Der Amylopectingehalt kann durch Fraktionieren der Stärke erhöht werden. Vorzugsweisekann eine Stärke mit von Natur aus hohem Amylopectingehalt verwendet werden, z. B. wächserne Maisstärke mit 99 bis 100 % Amylopectin. Es ist auch möglich, Stärken verschiedener Herkunft zu mischen, um ein erfindungsgemäßes Verhältnis von Amylose zu Amylopectin zu erhalten.
Der obere Grenzwert für in der Stärke vorhandenes Amylopectin kann 100 % erreichen, obwohl es in der Praxis schwierig sein kann, einen so hohen Amylopectingehalt zu erzielen. Es wurde jedoch, wie oben erwähnt, gefunden, daß sogenannte wächserne Maisstärke mit einem Amylopectingehaltvonetwa99 % erfindungsgemäß besonders gut geeignet ist. Der Amylopectingehalt der Stärke soll so hoch wie möglich und erfindungsgemäß zumindest 85 %, vorzugsweise etwa 90 bis 100 % und insbesondere etwa 95 -100 % und besonders bevorzugt98,0 -100 %, z. B. etwa 99 % wie in erfindungsgemäß eingesetzter wächserner Maisstärke, sein.
Der Kationisierungsgrad der Stärke kann durch den Substitutionsgrad (D.S.-Wert) gekennzeichnet werden, der eine übliche Methode zur Kennzeichnung einer Stärke ist.
Die hier verwendeten kationisierten Stärken können schematisch durch die Formel R (kationische Funktion)n dargestellt werden, worin R die Monosaccharid-Einheit der Stärke und n den D.S.-Wert darstellt. Eine Saccharid-Einheithatdrei Hydroxylgruppen, sodaß der höchste theoretischeD.S.-Wertfür eine kationische Stärke 3 ist. So kann theoretisch derD.S.-Wert für eine kationischeStärkeirgendeinWertzwischen0und3sein. Wieoben erwähnt, wurde jedoch überraschenderweise gefunden, daß die Stärke, die überraschenderweise in Kombination mit einem mit Cellulose reagierenden LeimungsmittelhervorragendeResultateergibt,eineStärkemiteinemD.S.-Wert im Bereich von etwa 0,045 - 0,40 ist Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein bevorzugter Stubsötutionsgrad im Bereich von etwa 0,05 bis 0,20, z. B. etwa 0,06 bis 0,20, insbesondere von etwa 0,05 bis 0,10, beispielsweise 0,06 bis 0,10 und typischerweise 0,07.
Das Verhältnis von mit Cellulose reagierendem Leimungsmittel zu der hier verwendeten kationischen Stärke wird natürlich vom Fachmann in jedem einzelnen Fall unter Berücksichtigung der in der speziellen Situation erforderlichen oder erwünschten Anteile festgelegt. Ein bevorzugtes Verhältnis von mit Cellulose reagierendem Leimungsmittel zu kationischer Stärke liegt für die meisten Leimungsmittel allerdings erfindungsgemäß im Bereich von etwa 1:0,02 bis 1:2, wobei ein Bereich von etwa 1:0,05 bis 1:0,5 besonders bevorzugt wird. Bei cyclischen Dicarbonsäureanhydriden, z. B. Alkylbemsteinsäureanhydrid können Verhältnisse von etwa 1:0,01 bis 1:5 angewendet werden.
Das hydrophobe, mit Cellulose reagierende Leimungsmittel wird aus den bekannten Leimungsmitteln gewählt, die z. B. in der US-A-3130118 geoffenbart sind, auf die hiemit ausdrücklich Bezug genommen wird. Besonders vorteilhafte Leimungsmittel, die in Kombination mit der neuen Stärke erfindungsgemäß verwendet werden können, werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: a) Säureanhydriden der Formel:
worinR2tmdR3 gleich oder voneinander verschieden sind und jeweils Kohlenwasserstoffreste mit7bis 30 Kohlen-stoffaiomen darstellen; -4- 5
AT 396131B b) cyclischen Dicarbonsäureanhydriden der Formel: 10 0
II
15 in welcher R4 2 oder 3 Kohlenstoffatome enthält und R5 ein Kohlenwasserstoffrest mit 7 bis 30 Kohlenstoffatomen ist; 20 c) Ketendimeren der Formel: (R6CH = C=0)2 worin Rg ein Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Alkyl mit 6-22 Kohlenstoffatomen, ist; und d) Isocyanaten der Formel: 25 R7-N=C=0 worin R7 ein Kohlenwasserstoffrest mit 7 bis 30 Kohlenstoffatomen ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der in Abschnitt a) erwähnten Säureanhydride ist ein Stearylsäureanhydrid, 30 während ein spezielles Beispiel für ein geeignetes cyclisches Dicarbonsäureanhydrid aus Abschnitt b) Isooctadekenylbemsteinsäureanhydrid ist. Bei den Ketendimeren des Abschnitts c) sind Cycloalkyl- und Arylreste zwar brauchbar als Kohlenwasserstoffreste, doch wird ein gesättigter Rest, z. B. ein Alkylrest, wie angegeben besonders bevorzugt.
Von den oben erwähnten vier Gruppen a)-d) der mit Cellulose reagierenden Mittel werden die cyclischen 35 Dicarbonsäureanhydride des Abschnitts b) und die Ketendimeren des Abschnitts c) meistens bevorzugt, wobei die Ketendimere besonders bevorzugt werden.
Vorzugsweise sind die Kohlenwasserstoffreste R2, R3, Rg und R7 gesättigte, geradkettige Ketten, die jedoch ungesättigte Bindungen und cyclische oder aromatische Substituenten enthalten können. R5 ist vorzugsweise ein gesättigter geradkettiger oder verzweigter Alkylrest. Ferner sollen R2, R3, R5 und R7 vorzugsweise 14 bis 40 22 Kohlenstoffatome und R5 soll vorzugsweise 14 bis 30 Kohlenstoffatome haben. Die Kohlenwasserstoffgruppen R2> R3, R4, R5, Rg und R7 in jeder der obigen Formeln können auch z. B. durch Halogen, beispielsweise Chlor, substituiert sein, wenn ein spezieller Effekt gewünscht wird.
Die erfindungsgemäßen Leimungsmittel können gegebenenfalls zusätzlich herkömmliche Bestandteile enthalten, von denen bekannt ist, daß sie in Leimungsmitteln des vorliegenden Typs brauchbar sind. Beispiele für übliche 45 Zusatzstoffe sind Dispergiermittel und zusätzliche Retentionsmittel. Ferner kann gewünschtenfalls auch irgendeines der synthetischen Harze, die bekannterweise die Leimungsgeschwindigkeit erhöhen oder die Leimungsmittel auf andere Weise verbessern, zugesetzt werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfmdungsgemäßenEmulsionen vorzugsweise ein anionisches Dispergiermittel. Geeignete anionische Mittel sind in der US-PS-3223544 beschrieben, die die Verwendung vieler 50 üblicher und vorteilhafter Dispergiermittel offenbartund auf die hier Bezug genommen wird. Bevorzugte anionische
Dispergiermittel sind z. B. Lignosulfonate, Polynaphthalinsulfonate und styiolsulfonathaltige Polymere.
Die Menge an verwendetem anionischem Dispergiermittel hängt ab von der Reinheit des verwendeten Leimungsmittels, dem speziellen Stärketyp und Kationisierungsgrad, sowie dem verwendeten speziellen Dispergiermittel. Bei manchen Leimungsmitteln, z. B. verunreinigten Alkylketendimeren kann ein anionisches 55 Dispergiermittel überflüssig sein. Im allgemeinen wird das anionische Dispergiermittel in einer Menge von bis zu 0,15 Gew.-% verwendet.
Ein weiteres Merkmal derErfindungbesteht in einem Verfahren zur Herstellung der neuenLeimungsmittelmasse, -5-
AT396131B welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man die hoch verzweigte Stärke mit hohem Molekulargewicht in Wasser, gegebenenfalls unter Wärmezufuhr und unter Einarbeiten eines Dispergiermittels, löst; die Temperatur der erhaltenen Lösung auf eine Temperatur überdem Schmelzpunkt des mit Cellulose reagierenden Leimungsmittels einstellt und dann der Lösung das Leimungsmittel unter Bildung einer groben Emulsion zusetzt; die grobe Emulsion Scherkräften aussetzt, um die Teilchengröße der Emulsion zu reduzieren; und erforderlichenfalls die so erhaltenen Emulsionen kühlt.
Im Zusammenhang mit der Auflösung der kationischen Stärke in Wasser sei noch hinzugefügt, daß die Obergrenze der Stärkekonzentration in der Praxis durch die Manipulierbarkeit der Stärkelösung bestimmt wird, da hohe Stärkekonzentrationen hohe Viskositäten ergeben.
Die erhaltene grobe Emulsion kann den Scherkräften in einer Dispergier-, Homogenisier- oder ähnlichen Vorrichtungaufbekannte Weiseausgesetztwerden. Wenn dieser Arbeitsgang bei einer Temperatur überUmgebungstemperatur ausgeführt wird, d. h. wenn feste mit Cellulose reagierende Leimungsmittel wie Ketendimere mit gesättigten Alkylketten emulgiert worden, wird die Emulsion anschließend auf Raumtemperatur gekühlt. Gegebenenfalls wird der pH-Wert eingestellt und/oder ein Biozid oder ein synthetisches Harz zugesetzt, wie dies auf diesem Gebiet üblich ist, was in jeder Verfahrensstufe geschehen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von geleimtem Papier oder Karton vorgeschlagen, wobei einLeim während der Herstellung des Papiers oder des Kartons zugesetzt wird; er kann der Papiermasse vor deren Entwässerung oder der Leimpresse, welche das Papier oder der Karton passieren, zugesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Leim irgendeinen der hier beschriebenen Leime verwendet, und eignet sich besonders für Papiermassen, die optische Aufheller, z. B. Stilbendisulfonsäuren, als Zusatz enthalten.
Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße neue Leim dem Papierbrei vor dessen Entwässerung zugesetzt. Der genaue Zeitpunkt des Zusatzes des Leims ist nicht kritisch; gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Leim weniger als 5 Minuten vor der Entwässerung des Papierbreis zugesetzt
Die erforderliche Leimmenge variiert von Fall zu Fall in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Papierstoffs und der gewünschten endgültigen Hygroskopizität; im allgemeinen ist die Menge, berechnet auf den gesamten Feststoffgehalt, etwa 0,4 kg pro Tonne Papier oder Karton bis etwa 4 kg pro Tonne Papier oder Karton,
Zusätzlich zu den oben erwähnten oder in den folgenden Beispielen beschriebenen Vorteilen der Erfindung wurde überraschenderweise gefunden, daß von den Stärken mit in den Rahmen derErfindung fallenden Substitutionsgraden jene mit einem Hauptanteil oder einem möglichst großen Anteil an Amylopectin stabilere Dispersionen ergeben.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele, die nicht einschränkend zu verstehen sind, näher erläutert Wenn nicht anders angegeben, sind die Prozent- und Mengenangaben auf das Gewicht bezogen.
Beispiel 1:
Eine Leimungsemulsion auf Basis eines Alkylketendimers wird hergestellt, indem man 2500 Teilen Wasser 125 Teile kationische Stärke zusetzt und dann die gebildete Mischung lang genug erhitzt sodaß eine klare, hochviskose Stärkelösung entsteht. Dieser Mischung setzt man 20 Teile eines anionischen Dispergiermittels (StyrolsulfonatenthaltendesPolymer) und500Teile Alkylketendimer, hergestelltauseiner Mischung von Stearinsäure (60 %),Palmitinsäure (35 %) undMyristinsäure (5 %), d. h.Rgistein geradkettiger gesättigter Kohlenwasserstoffrest mit 12 bis 16 Kohlenstoffatomen in folgender Verteilung: 16 Kohlenstoffatome (60 %); 14 Kohlenstoffatome (35 %); 12 Kohlenstoffatome (5 %), zu. Die Mischung wird dann gerührt, bis das gesamte Alkylketendimer geschmolzen ist. Die erhaltene grobe Emulsion passiert dann eine Hochdruckhomogenisiervorrichtung bei einem Druck von 200 bar, wird auf Raumtemperatur gekühlt und auf eine endgültige Ketendimerkonzentration von 10 % verdünnt. Die so gebildete Leimungsemulsion ist eine milchige Flüssigkeit mit niedriger Viskosität.
Vier verschiedene Stärkesorten wurden als Emulgiermittel/Fixiermittel bei der Herstellung der oben beschriebenen Leimungsmittel untersucht. Die Leimungswirkung der erhaltenen Dispersionen wurde geprüft, indem die Dispersionen einer verdünnten Papierstoffsuspension (enthaltend 100 % gebleichten Birkensulfatpapierstoff) zugesetzt wurden, die dann in einer Laboratoriumsvorrichtung zur Herstellung von Papierblättem mit einem Flächengewicht von 65 g/m^ verwendet wurde. Die Papierblätter wurden 5 Minuten bei 3 bar gepreßt, 10 Minuten bei 90 °C getrocknet, worauf die so erhaltene Leimung in einem sogenannten Farbaufnahmetester geprüft wurde, wobei die Hygroskopizität gekennzeichnet ist durch die zeitabhängige Abnahme der Reflexion der Vorderseite eines Papierblatts nach Kontakt der Rückseite des Papiers mit Farbe. Ein schwach geleimtes Papier verliert sehr rasch seinen Reflexionswert, während die Vorderseite eines gut geleimten Papiers ihre Reflexion während eines längeren Zeitraums beibehält. Die Ergebnisse der Prüfungen sind in der folgenden Tabelle dargestellt: -6-
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Stärketyp % Amylopectin in d. Stärke Substitu tionsgrad Zugesetzte Menge kg AKD*/t Papier % Reflexion (10 min Kontaktzeit) Stabilität A. EMPRESOLD9 0.30 20 instabil (Emsland <80% 0.085 0.40 20 (fällt innerhalb Chemie) 0.45 20 von Wochen aus) B. HEBO 260 0.30 20 Mindestens 3 (Amaizo) 99% 0.023 0.40 84 Monate lang 0.45 92 stabil (23 °C) C. F2610 0.30 78 Mindestens 3 (Emsland 99% 0.072 0.40 89 Monate lang Chemie) 0.45 94 stabil (23 °C) D. Handelsübliches 0.30 20 Mindestens neutrales 0.40 83 3 Monate lang Leimungsmittel** 0.45 89 stabil * AKD bedeutet Alkylketendimer ** Aquapel™ 225 (Hercules), enthält 10 % AKD-Wachs, stabilisiert mit kationischer Stärke
Beispiel 2:
Auf einer Feinpapiermaschine wird ein handelsübliches Leimungsmittel nach Beispiel ID verwendet. Die Hydrophobizität des erhaltenen Papiers, ausgedrückt als COBBgg variiert im Bereich von 22-26 g/m2. Das handelsübliche Leimungsmittel wird dann durch ein Leimungsmittel nach Beispiel IC ersetzt, das in der gleichen Konzentration wie das zuvor verwendete Produkt zugesetzt wird. Das Ergebnis dieses Ersatzes ist ein fortschreitend abnehmender COBBgg-Wert, der sich nach einer Stunde bei etwa 15 g/m2 stabilisiert.
Vergleichsheisniel 1:
Auf einer Feinpapiermaschine wird ein handelsübliches neutrales Leimungsmittel auf AKD-Basis nach Beispiel ID in einer Konzentration von 850 g Alkylketendimer pro Tonne erzeugtes Papier eingesetzt Der Leimungsgrad, ausgedrückt als COBBgg wird bei etwa 25 g/m2 gemessen. Die Zugabe wird dann auf 750 g Alkylketendimer pro Tonne erzeugtes Papier herabgesetzt. Die Hydrophobizität des Papiers nimmt dann fortschreitend ab und erreicht schließlich ein Niveau, das vom Qualitätsstandpunkt unzulässig ist (COBB^q >30 g/m2).
Beispiel 3:
Ein Leimungsmittel nach Beispiel IC wurde einer Feinpapiermaschine in einer Konzenhation von 850 g Alkylketendimer pro Tonne erzeugtes Papier zugeführt. Der Leimungsgrad, ausgedrückt als COBBgg, variiert im Bereich von 20-25 g/m2 Der Zusatz des Leimungsmittels wird auf 640 g Alkylketendimer pro Tonne erzeugtes Papier gesenkt ohne irgendeine Abnahme des Leimungsgrades. Die gemessenen COBB^g-Werte variieren im Bereich von 20-25 g/m2.
Vergleichsheispiel 2:
Ein Leimungsmittel nach Beispiel 1A wurde einer Feinpapiermaschine in einer Konzentration von 850 g Alkylketendimer pro Tonne erzeugtes Papier zugeführt. Der Leimungsgrad, ausgedrückt als COBBgg war etwa 25 g/m2. Die Tonerhaftung, d. h. die Adhäsion des Papiers für den in Xerox^-Photokopiermaschinen verwendeten Toner, war geringer als die mit einem Leimungsmittel nach Beispiel IC bei einem Papier «zielte Adhäsion.
Beispiel 4:
Ein handelsübliches Leimungsmittel auf AKD-Basis nach Beispiel ID wird einer Feinpapiermaschine in einer Konzentration entsprechend 850 g Alkylketendimer pro Tonne erzeugtes Papier zugeführt. Die Tonerhaftung des Papiers, d. h. die Adhäsion des Papiers für Toner, wurde gemessen und aufgezeichnet. -7-

Claims (12)

  1. AT396131B Das handelsüblicheLeimungsmittel wird dann durch eine Leimungsmittelemulsion nach Beispiel IC ersetzt, die in einer Konzentration entsprechend 640 g Alkylketendimer pro Tonne erzeugtes Papier zugesetzt wird. Die Tonerhaftung wurde wieder gemessen und aufgezeichnet, und es wurde gefunden, daß sie der mit dem handelsüblichen Leimungsmittel erzielten Adhäsion überlegen ist. 5 Dieses Beispiel zeigt also, daß die erfindungsgemäße neue Leimungsmittelemulsion zur Erzielung besserer Druck· und Kopierqualitäten des Papiers, d. h. einer besseren Haftung von Toner beim Photokopieren, verwendet werden kann. Beispiel 5: 10 Ein handelsübliches Leimungsmittel auf AKD-Basis nach Beispiel ID wird einer Feinpapiermaschine in ein»' Konzentration entsprechend 850 g Alkylketendimer pro Tonne erzeugtes Papier zugeführt. Der Verbrauch an optischem Aufheller (anionisch/selbstfixierend) zur Erzielung eines bestimmten Weiß-Grades wird kontinuierlich gemessen. Das handelsübliche Leimungsmittel wird dann durch eine Leimungsmittelemulsion nach Beispiel IC ersetzt, und dieses Leimungsmittel wird in einer Konzentration entsprechend 640g Ketendimer pro Tonne erzeugtes 15 Papier zugesetzt. Es wurde gefunden, daß der Verbrauch an optischem Aufheller um 20 % abnimmt, ohne feststellbaren Verlust des Weiß-Grades des Papiers. Der Leimungsgrad, ausgedrückt als COBBgQ ist noch stabil und variiert im Bereich von 20-25 g/m2 Beispiel 6: 20 Eine Leimungsemulsion auf Basis eines Alkenylsäureanhydrids wird hergestellt, indem man 10 Gew.-% Alkenylbemsteinsäureanhydrid (ASA) zu 2,2 Gew.-% ein» kationischen Stärkelösung, F 2610, gemäß der Erfindung zusetzt Die Mischung wird bei Umgebungstemperatur homogenisiert, um die Teilchengröße zu reduzieren und so die endgültige Produktemulsion zu bilden, die zur Verwendung als Papierleimungsmittel geeignet ist Zu Veigleichszwecken wird eine ähnliche AS A-Emulsion hergestellt indem man 10 Gew.-% AS A-Lösung zu 25 2,2Gew.-% einer herkömmlichen kationischen Stärkelösung (HEBO 260) zusetzt und danach wie oben beschrieben homogenisiert Probeblätter aus gebleichten Birkensulfonatfasem werden mittels einer Blattherstellungsvorrichtung bei einer Zusatzmenge von lOkg/tderoben beschriebenen AS A-Leimungsmittelemulsionen gefertigt Die Blätter werden auf einen 40%igen Trockengehalt gepreßt und dann in einem Ofen bei 90 °C 10 Minuten getrocknet Der Grad, d» 30 Hydropholierung (Leimung) wird dann mittels d» COBBgQ-Methode gemessen. · Die folg»iden Ergebnisse werden erhalten: Stärketyp Leimungsgrad (COBBgQ) 35 HEBO 260 110 g/m2 F2610 27 g/m2 40 PATENTANSPRÜCHE 45 1. Papierleim in Form einer wässerigen Emulsion, enthaltend ein hydrophobes, mit Cellulose reagi»endes Leimungsmittel und ein kationisches Stärkepolymer, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke eine Kombination (A) einer verzweigten hochmolekulargewichtigen Struktur, ausgedrückt durch ehren Amylopectingehalt von zumindest 85 %, und (B) eines Kationisierungsgrades oder Substitutionsgrades (D.S.) von 0,045 bis 0,40 besitzt 50 wobei das Verhältnis von mitCellulose reagierendem Leimungsmittel zu kationischer Stärke im Bereich von 1:0,01 bis 1:5 liegt
  2. 2. Leim nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet daß der Amylopectinanteil 90 bis 100 %, vorzugsweise 95 bis 100 % ist 55
  3. 3. Leim nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Amylopectinanteil im B»eich von 98,0 bis 100,0 % ist -8- AT396131B
  4. 4. Leim nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke wächserne Maisstärke ist.
  5. 5. Leim nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Substitutionsgrad im Bereich von 0,05 bis 0,20, vorzugsweise 0,05 bis 0,10, insbesondere 0,06 bis 0,20, z. B. 0,06 bis 0,10 liegt.
  6. 6. Leim nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von mit Cellulose reagierendem Leimungsmittel zu kationischer Stärke im Bereich von 1:0,02 bis 1:2, vorzugsweise im Bereich von 1:0,05 bis 1:0,5, liegt.
  7. 7. Leim nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobe, mit Cellulose reagierende Leimungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: a) Säureanhydriden der Formel: R 2 R 3
    worin R2 und R3 gleich oder voneinander verschieden sind und jeweils Kohlenwasserstoffreste mit 7 bis 30 Kohlenstoffatomen darstellen; b) cyclischen Dicarbonsäureanhydriden der Formel: O
    O worin R4 2 oder 3 Kohlenstoffatome enthält und R5 ein Kohlenwasserstoffrest mit 7 bis 30 Kohlenstoffatomen ist; c) Ketendimeren der Formel: (R6CH = C=0)2, worin Rg ein Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Alkyl mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen, ist, und d) Isocyanaten der Formel: R7-N=C=0, worin R7 ein Kohlenwasserstoffrest mit 7 bis 30 Kohlenstoffatomen ist. -9- AT396131B
  8. 8. Leim nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobe mit Cellulose reagierende Leimungsmittel ein Ketendimer der Formel: (R6CH = C=0)2 ist, worin Rg ein Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Alkyl mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen, ist
  9. 9. Leim nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem ein Dispergiermittel und/oder ein zusätzliches synthetisches Harz enthält.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung eines Leims nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die verzweigte Stärke mit hohem Molekulargewicht in Wasser, gegebenenfalls unter Wärmezufuhr und Zusatz eines Dispergiermittels, löst; die Temperatur der erhaltenen Lösung auf eineTemperatur oberhalb des Schmelzpunktes des mit Cellulose reagierenden Leimungsmittels einstellt und dann das Leimungsmittel der Lösung unter Bildung einer groben Emulsion zusetzt; diese grobe Emulsion Scherkräften aussetzt, um die Teilchengröße der Emulsion zu reduzieren; und erforderlichenfalls die erhaltene Emulsion kühlt
  11. 11. Verfahren zur Herstellung geleimten Papiers oder Kartons, wobei während der Herstellung des Papiers oder Kartons ein Leim entweder der Papiermasse vor deren Entwässerung oder der Leimpresse, die das Papier oder der Karton passiert, zugeführt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung des Leims nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welcher Leim vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,4 kg Gesamtfeststoff pro Tonne Papier oder Karton bis etwa 4 kg Gesamtfeststoff pro Tonne Papier oder Karton verwendet wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Leim der Papiermasse weniger als 5 Minuten vor deren Entwässerung zugesetzt wird. -10-
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